Sistema de aquecimento de um tubo para casa particular: esquemas + visão geral das vantagens e desvantagens

Você está pensando em instalar aquecimento a água em casa? Não é surpresa, pois o sistema de aquecimento monotubo para casa particular pode ser tradicional e totalmente independente de energia ou, ao contrário, muito moderno e completamente automático.

Mas você ainda tem dúvidas sobre a confiabilidade dessa opção – não sabe qual esquema escolher e quais 'armadilhas' o aguardam? Nós ajudaremos a esclarecer essas questões – no artigo são abordados os esquemas de montagem do sistema monotubo, os prós e contras que aguardam o proprietário de uma casa com esse sistema de aquecimento.

O material do artigo é fornecido com esquemas detalhados e fotos ilustrativas de elementos individuais usados na montagem do aquecimento. Além disso, foi selecionado um vídeo com análise dos detalhes da instalação de um sistema monotubo com piso aquecido.

Princípio de funcionamento do aquecimento a água

Na construção de edifícios baixos, a construção simples, confiável e econômica com uma única tubulação tornou-se a mais difundida. O sistema monotubo continua sendo o método mais popular de organizar o fornecimento individual de calor. Ele funciona através da circulação contínua de um fluido de transferência de calor líquido.

Ao se mover pelos tubos da fonte de energia térmica (caldeira) para os elementos de aquecimento e vice-versa, ele libera sua energia térmica e aquece o edifício.

O fluido de transferência de calor pode ser ar, vapor, água ou anticongelante, que é usado em casas de ocupação periódica. Os mais comuns são os esquemas de aquecimento a água.

O aquecimento tradicional baseia-se em fenômenos e leis da física – dilatação térmica da água, convecção e gravidade. Ao aquecer na caldeira, o fluido térmico se expande e cria pressão na tubulação.

Além disso, ele se torna menos denso e, consequentemente, mais leve. Empurrado de baixo pela água fria mais pesada e densa, ele sobe, por isso a tubulação que sai da caldeira é sempre direcionada o mais para cima possível.

Sob a ação da pressão criada, das forças de convecção e da gravidade, a água vai para os radiadores, aquece-os, enquanto ela mesma se resfria.

Assim, o fluido térmico libera energia térmica, aquecendo o ambiente. A água retorna à caldeira já fria, e o ciclo recomeça.

O equipamento moderno que fornece aquecimento para a casa pode ser muito compacto. Para sua instalação, nem mesmo será necessário reservar um cômodo especial.

O sistema de aquecimento com circulação natural também é chamado de gravitacional. Para garantir o movimento do líquido, é necessário respeitar o ângulo de inclinação dos ramos horizontais da tubulação, que deve ser de 2 – 3 mm por metro linear.

O volume do fluido térmico aumenta ao ser aquecido, criando pressão hidráulica na tubulação. No entanto, como a água não é compressível, mesmo um pequeno excesso dela levará à destruição das estruturas de aquecimento.

Por isso, em qualquer sistema de aquecimento, é instalado um dispositivo de compensação – o tanque de expansão.

Em um sistema de aquecimento por gravidade, a caldeira é instalada no ponto mais baixo da tubulação e o tanque de expansão no ponto mais alto. Todos os tubos são inclinados para que o líquido refrigerante possa fluir por gravidade de um elemento do sistema para outro.

Diferença entre sistemas monotubo e bitubo

Os sistemas de aquecimento de água são divididos em dois tipos principais: tubo único e tubo duplo. A diferença entre esses esquemas está na forma como os radiadores são conectados à tubulação.

A tubulação de um sistema de aquecimento de tubo único é um circuito fechado em anel. Os tubos são colocados a partir da unidade de aquecimento, os radiadores são conectados a ela em série e retornam à caldeira.

O aquecimento com uma única tubulação é simples de instalar e não possui um grande número de componentes, permitindo economizar significativamente na instalação.

Circuitos de aquecimento de tubo único com movimento natural do refrigerante são instalados apenas com distribuição superior. Característica: há tubos ascendentes na linha de alimentação, mas não há tubos ascendentes para o retorno.

O movimento do refrigerante do aquecimento de tubo duplo é realizado através de duas tubulações. A primeira serve para transportar o refrigerante quente do dispositivo de aquecimento para os circuitos de liberação de calor, a segunda para levar a água resfriada de volta à caldeira.

As baterias de aquecimento são conectadas em paralelo – o líquido aquecido entra em cada uma diretamente do circuito de alimentação, portanto, tem praticamente a mesma temperatura.

No radiador, o refrigerante libera energia e, resfriado, segue para o circuito de saída – o 'retorno'. Esse esquema requer o dobro de conexões, tubos e válvulas, no entanto, permite construir configurações complexas e ramificadas e reduzir os custos de aquecimento através do ajuste individual dos radiadores.

O sistema de tubo duplo aquece eficientemente grandes áreas e edifícios de vários andares. Em casas baixas (1-2 andares) com área inferior a 150 m², é mais vantajoso instalar um sistema de aquecimento de tubo único, tanto do ponto de vista estético quanto econômico.

O esquema de conexão de radiadores de tubo duplo não é amplamente utilizado na instalação de aquecimento individual de casas particulares porque é mais difícil de instalar e manter. Além disso, o dobro de tubos parece menos estético.

Opções de configuração do aquecimento monotubo

Elementos de qualquer sistema de aquecimento:

• fonte de calor – caldeira (caldeira a combustível sólido, elétrica, a gás;)
• dispositivos de liberação de calor – radiadores, circuitos de piso aquecido;
• dispositivo que garante a circulação do fluido térmico – trecho especial de aceleração da tubulação, bomba d'água;
• dispositivo que compensa o excesso de pressão do fluido térmico na tubulação – tanque de expansão do tipo aberto ou do tipo fechado;
• tubos, conexões e respectivas válvulas hidráulicas.

O esquema de fornecimento de calor dependerá do tipo de dispositivos utilizados.

Sistemas com circulação natural e forçada

A circulação do fluido térmico no sistema de aquecimento pode ser realizada de forma natural – sob a ação de fenômenos físicos, ou de forma forçada – por meio de uma bomba de circulação.

No primeiro caso, o movimento do aquecimento pelo sistema é espontâneo e é chamado de natural; no segundo, forçado ou artificial.

Considerando as características construtivas, os esquemas de aquecimento monotubo dividem-se em dois tipos. O primeiro – um esquema de fluxo simples, embora ultrapassado; o segundo – um esquema aprimorado com by-pass.

Para garantir o movimento do líquido em um sistema gravitacional, é necessário um trecho de aceleração. Trata-se de um tubo vertical que sai da caldeira, por onde o fluido térmico aquecido sobe.

No ponto mais alto, a tubulação é suavemente virada para baixo, fazendo com que a água acelere ao longo da linha.

Para esquemas de aquecimento com distribuição superior, bem como para casas de dois andares, esse trecho é o tubo de alimentação, pois ele se eleva a um nível suficiente.

Para o aquecimento de edifícios de um andar com distribuição horizontal inferior, instala-se um coletor de aceleração, cuja altura não deve ser inferior a 1,5 m acima do nível do primeiro radiador.

O trecho de aceleração é um dispositivo que garante a circulação do fluido térmico em um sistema de aquecimento por gravidade. O diâmetro interno dos tubos desse segmento deve ser maior que o da parte principal.

Por exemplo, com um diâmetro de tubo da linha principal de 25-32 mm, para o coletor de aceleração escolhe-se um tubo com diâmetro de 40 mm.

O ponto mais alto do coletor de aceleração é instalado em um local conveniente próximo à caldeira. A tubulação do coletor é abaixada de modo a garantir uma diferença de altura suficiente entre a saída inferior do coletor de aceleração e o ponto inferior da linha principal para manter uma inclinação constante da tubulação.

As principais vantagens do sistema gravitacional são a total independência energética (em combinação com uma caldeira de combustível sólido), simplicidade e ausência de dispositivos complexos.

No entanto, existem muitas desvantagens:

• Para minimizar a resistência hidráulica, os diâmetros dos tubos devem ser suficientemente grandes.
• Cada instrumento e dispositivo embutido cria obstáculos ao movimento do fluido, portanto, o sistema possui uma quantidade mínima de válvulas de bloqueio. Isso dificulta a reparação, pois exige o desligamento total do sistema e a drenagem do fluido de transferência de calor da linha principal.
• Para um funcionamento confiável, o sistema gravitacional deve ser cuidadosamente calculado e equilibrado, selecionando diâmetros de tubos e número de seções de radiadores ideais. Os radiadores nas extremidades do sistema devem ser maiores do que aqueles para os quais o fluido de transferência de calor entra após sair da caldeira.

A instalação de uma bomba de circulação no sistema neutraliza praticamente todas as suas desvantagens. O dispositivo fornece um impulso adicional ao fluido de transferência de calor, permitindo superar a resistência hidráulica dos elementos da tubulação.

Os esquemas de aquecimento monotubo forçado são os mais comuns em casas particulares.

Graças à modernização do sistema de fluxo através da instalação de by-pass, o fluido de transferência de calor à temperatura de trabalho chega a todos os dispositivos praticamente ao mesmo tempo.

A bomba pode ser montada em qualquer lugar da linha principal. No entanto, deve-se considerar que a água quente reduz sua vida útil, afetando as peças de borracha (juntas e vedações).

Portanto, é mais conveniente instalar a unidade na tubulação de retorno, onde circula o fluido de transferência de calor resfriado. Antes dela, é obrigatório incluir um filtro de limpeza grossa para proteger contra a entrada de possíveis contaminantes.

É aconselhável conectar todos os instrumentos e dispositivos dos sistemas de aquecimento através de válvulas de bloqueio e by-passes.

Essa montagem permitirá realizar reparos e manutenção de elementos individuais sem a necessidade de parar todo o sistema e drenar completamente a água.

O by-pass pode ser não regulável ou regulável. No primeiro caso, ele consiste em um simples tubo de derivação conectando a tubulação de alimentação e a de saída. No segundo, é equipado com uma válvula de três vias de fechamento.

Vantagens do sistema de aquecimento com circulação forçada:

• É possível implementar esquemas mais complexos e ramificados, aumentar o comprimento dos circuitos;
• Não há necessidade de diâmetros maiores de tubos – a bomba cria na tubulação pressão suficiente para o movimento e distribuição uniforme do fluido;
• A circulação é realizada em uma velocidade definida e não depende do grau de aquecimento do fluido térmico nem da existência de um trecho de aceleração;
• Não é necessário observar ângulos de inclinação ao instalar a tubulação, pois o movimento do fluido térmico é impulsionado pela bomba.

Além disso, é possível instalar dispositivos de controle em cada radiador e manter o modo de aquecimento ideal, reduzindo o consumo de energia e os custos de aquecimento.

As desvantagens do aquecimento forçado monotubo são apenas três:

• dependência do fornecimento de energia elétrica;
• ruído – um certo zumbido produzido pela bomba em funcionamento;
• custo – um custo mais elevado do dispositivo em comparação com o esquema gravitacional.

Neutralizá-las é bastante simples. A dependência de energia é resolvida com a instalação de um gerador elétrico autônomo ou com a possibilidade de transição do sistema para o modo de circulação natural.

Para tornar o funcionamento da bomba praticamente inaudível, basta instalá-la em um ambiente não residencial – banheiro, toilette, sala da caldeira.

Nos pontos superiores da tubulação, especialmente no aquecimento forçado com tanque de expansão fechado, é necessário prever a possibilidade de sangrar o ar liberado da água. Para os radiadores, isso são purgadores de ar automáticos ou válvulas de Mayevsky; para a tubulação, – um separador de ar.

Sistema de aquecimento aberto ou fechado?

Para evitar aumentos excessivos e picos de pressão hidráulica no sistema, é instalado um tanque de expansão. Ele recebe o excesso de água quando ela se expande e, em seguida, a devolve à tubulação quando esfria, restaurando o equilíbrio do sistema.

Existem duas construções fundamentalmente diferentes, que determinam o tipo de todo o sistema.

O tanque de expansão de tipo aberto é um recipiente parcial ou totalmente aberto, que é conectado à tubulação em seu ponto mais alto, imediatamente após a caldeira.

Para evitar o transbordamento do líquido pelas bordas, em um determinado nível é prevista uma saída, através da qual a água em excesso será drenada para o esgoto ou para a rua.

Em casas térreas, o tanque de compensação é frequentemente colocado no sótão – neste caso, ele deve ser isolado termicamente.

Para não ter que monitorar constantemente o nível do fluido térmico, uma tubulação de água é conectada ao tanque de expansão e uma simples válvula de boia é instalada.

O sistema de aquecimento com tal dispositivo de compensação é chamado de sistema aberto. É utilizado na instalação de sistemas de fornecimento de calor independentes de energia ou combinados.

Ele pressupõe o contato direto do fluido térmico quente com o ar, resultando em sua evaporação natural e saturação com oxigênio.

Com base nisso, o sistema aberto de fornecimento de calor caracteriza-se pelas seguintes desvantagens:

1. Ao instalar a tubulação de sistemas gravitacionais, é obrigatório observar as inclinações – neste caso, o ar liberado no sistema será expelido para o tanque e para a atmosfera.
2. É necessário verificar regularmente e reabastecer o volume de água no tanque em tempo hábil, evitando sua evaporação excessiva.
3. Não é permitido usar anticongelante como fluido térmico, pois sua evaporação libera substâncias tóxicas.

O oxigênio contido no fluido circulante causa danos corrosivos nas peças de aço dos aparelhos de aquecimento, reduzindo sua vida útil.

No entanto, também tem vantagens:

• Não há necessidade de monitoramento constante da pressão na tubulação principal;
• Mesmo com pequenos vazamentos, o sistema aquecerá a casa adequadamente enquanto houver quantidade suficiente de líquido na tubulação principal;
• Pode-se reabastecer o fluido térmico no sistema até mesmo com um balde – basta despejar água no tanque de expansão até o nível necessário.

O tanque de expansão de tipo fechado consiste em um corpo resistente e hermético, cujo volume interno é dividido por uma membrana em duas partes. Uma cavidade é preenchida com ar, a outra é conectada à tubulação principal.

Ao ser aquecido, o fluido térmico, aumentando de volume, empurra a membrana em direção à câmara de ar, que funciona como amortecedor. Quando a água esfria, a pressão hidráulica diminui, e o ar comprimido coloca o sistema em equilíbrio, empurrando o excesso de água de volta para a tubulação.

Todos os tanques de tipo fechado são equipados com uma válvula de ar. Em modo de emergência, quando a pressão na câmara de ar excede o limite permitido, ela libera gás e protege o dispositivo contra ruptura.

O sistema com tanque de expansão de membrana é denominado sistema fechado. É uma tubulação hidráulica fechada completamente sem acesso de ar.

O tanque de compensação pode ser instalado em qualquer lugar do sistema, mas na maioria das vezes é colocado no tubo de retorno próximo à caldeira – para facilitar a manutenção.

O sistema de aquecimento fechado é caracterizado pela presença de uma pequena sobrepressão. Portanto, um elemento obrigatório da tubulação principal é o grupo de segurança.

O conjunto consiste em um purgador de ar, um manômetro e uma válvula de segurança para alívio do refrigerante em modo de emergência. É montado com válvulas de fechamento na tubulação de alimentação para permitir o desligamento em caso de reparo.

Se houver uma elevação na tubulação, ela é colocada no ponto mais alto.

Esquema eficiente do sistema monotubo

Ao projetar o aquecimento, muitos fatores são levados em consideração – disponibilidade de fornecimento de energia estável e um cômodo separado para o equipamento (sala da caldeira, sala do boiler), número de andares e layout, estética da futura construção, etc.

Em cada caso individual, a localização do equipamento e as formas de conexão serão diferentes.

Para um espaço muito pequeno – uma casa de campo – o esquema mais eficaz será um simples sistema por gravidade de conexão em série dos radiadores diretamente na tubulação principal.

Ao instalar dois ou três radiadores, não é necessário instalar muitas válvulas de fechamento – neste caso, é mais fácil drenar a água do sistema quando necessário.

Em edifícios com área maior, o sistema de aquecimento é uma construção complexa, às vezes ramificada. Neste caso, a opção ideal é o aquecimento forçado de acordo com o esquema 'Leningradka' com conexão diagonal dos radiadores de aquecimento e bypasses ajustáveis.

Esse esquema garante o aquecimento máximo da área dos radiadores e a possibilidade de ajuste e configuração do modo de operação. Para desconectar qualquer um dos elementos do sistema, não é necessário drenar a água de toda a tubulação principal.

Métodos de conexão do radiador à tubulação

A transferência de calor dos radiadores depende da forma como são conectados à tubulação principal.

Existem três tipos principais de conexão:

• Diagonal;
• Lateral;
• Inferior.

Vamos examinar as particularidades de cada um desses métodos em detalhes.

Conexão diagonal ou cruzada

A conexão diagonal, ou cruzada, é a mais eficaz. O aquecimento máximo do radiador é alcançado em área e praticamente não há perda de calor.

Nesse esquema, a tubulação de alimentação é conectada ao bocal superior do radiador, e a tubulação de retorno é conectada ao bocal inferior localizado no lado oposto do aparelho. Para dispositivos com um grande número de seções, apenas o tipo de conexão diagonal é utilizado.

Conexão lateral ou unilateral

A conexão lateral, ou unilateral, permite obter um aquecimento uniforme de todas as seções do aparelho.

Para a conexão, as tubulações de alimentação e retorno são conduzidas pelo mesmo lado. Na maioria das vezes, essa ligação é usada na instalação de aquecimento com distribuição superior.

A emissão de calor do aquecimento com conexão lateral dos radiadores, com alimentação de cima para baixo, é de 97%. Com o movimento reverso do fluido térmico – de baixo para cima – esse índice é de 78%.

Conexão inferior do radiador com a tubulação

A conexão inferior não é o esquema de aquecimento mais eficiente. No entanto, é instalada com bastante frequência, especialmente quando a tubulação principal é escondida sob o piso.

Os tubos de alimentação e retorno são conduzidos aos bocais inferiores localizados em lados diferentes do radiador.

O índice de emissão de calor com conexão inferior dos radiadores é de 88%

Vantagens e desvantagens do sistema monotubo

O aquecimento monotubo ganhou grande popularidade no setor de construção residencial.

As principais razões são o custo relativamente baixo da construção e a possibilidade de montá-la por conta própria, sem contratar profissionais.

Mas o sistema de aquecimento monotubo também tem outras vantagens:

• Estabilidade hidráulica – a emissão de calor dos demais elementos do sistema não muda ao desligar circuitos individuais, substituir radiadores ou aumentar seções;
• A instalação da tubulação principal requer um número mínimo de tubos;
• Caracteriza-se por baixa inércia e tempo de aquecimento devido à menor quantidade de fluido térmico na tubulação em comparação com o sistema bitubo;
• Tem uma aparência estética e não prejudica o interior do ambiente, especialmente se o tubo principal for escondido;
• A instalação de válvulas de última geração – como termostatos automáticos e manuais – permite ajustar com precisão o modo de operação de toda a estrutura, bem como de seus elementos individuais;
• Construção simples e confiável;
• Montagem, manutenção e operação simples.

Ao conectar dispositivos de controle e monitoramento ao sistema de aquecimento, ele pode ser colocado em modo de operação totalmente automático.

É possível a integração com sistema «Casa Inteligente» – neste caso, é possível definir programas de modos de aquecimento ideais dependendo da hora do dia, estação e outros fatores decisivos.

A tubulação do aquecimento monotubo pode ser completamente ocultada pelo acabamento final. Esse dispositivo não só não prejudica a aparência do cômodo, como se torna um detalhe – um item de decoração.

O principal inconveniente do aquecimento monotubo é o desequilíbrio no aquecimento dos radiadores ao longo da tubulação.

O fluido térmico esfria à medida que se move pelo circuito. Por isso, os radiadores instalados longe da caldeira aquecem menos do que os próximos. Portanto, é recomendável instalar aparelhos de ferro fundido que esfriam lentamente.

A instalação de uma bomba de circulação permite que o fluido térmico aqueça os circuitos de aquecimento de forma mais uniforme, porém, com um comprimento suficiente da tubulação, observa-se um resfriamento significativo.

Reduzem o efeito negativo desse fenômeno de duas maneiras:

1. Nos radiadores distantes da caldeira, aumenta-se o número de seções. Isso aumenta sua área de condução térmica e a quantidade de calor emitido, permitindo aquecer os ambientes de forma mais uniforme.
2. Elabora-se um projeto com a disposição racional dos dispositivos de aquecimento pelos cômodos – os mais potentes são instalados nos quartos das crianças, dormitórios e cômodos 'frios' (norte, de canto). À medida que o fluido térmico esfria, vêm a sala de estar e a cozinha, terminando com áreas não residenciais e de serviço.

Essas medidas minimizam as desvantagens do sistema monotubo, especialmente para edifícios de um ou dois andares, com área de até 150 m². Para essas casas, o aquecimento monotubo é o mais vantajoso.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

À tubulação do aquecimento monotubo são conectados não apenas radiadores, mas também circuitos de piso aquecido. No vídeo, é mostrado como realizar essa instalação.

O aquecimento monotubo é um sistema simples e confiável. No entanto, para um aquecimento eficiente, é necessário selecionar cuidadosamente seus elementos individuais. Para isso, é aconselhável consultar um especialista, onde o ajudarão a realizar um cálculo de avaliação.

Você não concorda com os esquemas apresentados em nosso artigo? Ou tem experiência prática na instalação de aquecimento monotubo em uma casa particular? Sua experiência será útil para nossos leitores. Não hesite, compartilhe seus conhecimentos nos comentários abaixo.