Sistema di riscaldamento Tichelman loop: diagramma e calcolo

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Uno degli argomenti più interessanti nell’ingegneria del calore è rappresentato dai sistemi di riscaldamento con una fornitura di refrigerante a due tubi associata, indicata tra i maestri come schema Tichelman. Il loro dispositivo è davvero unico: il sistema praticamente non richiede il bilanciamento, è caratterizzato da un funzionamento stabile, ma allo stesso tempo presenta anche una serie di svantaggi.

Sistema di riscaldamento Tichelman loop: diagramma e calcolo

Descrizione del sistema

Nei circoli professionali, l’anello Tichelman è chiamato un sistema di riscaldamento a due tubi con un passaggio del liquido di raffreddamento. Questo nome riflette pienamente l’essenza e il principio di funzionamento, le caratteristiche distintive si vedono meglio sullo sfondo di un sistema a due tubi con un movimento inverso del liquido di raffreddamento, che è familiare a quasi tutti.

Immagina una rete di radiatori schierata in linea retta. Nello schema classico, l’unità di riscaldamento si trova all’inizio di questa fila, da essa lungo l’intera rete seguire due tubi per fornire rispettivamente refrigerante caldo e freddo freddo. In questo caso, ogni radiatore è una sorta di shunt, quindi, maggiore è la distanza del dispositivo di riscaldamento dall’unità di riscaldamento, maggiore è la resistenza idraulica nel circuito della sua connessione.

Sistema di riscaldamento Tichelman loop: diagramma e calcolo1 – Schema di collegamento a due tubi di radiatori con refrigerante in controcorrente in mandata e ritorno; 2 – schema elettrico Tichelman loop con collegamento passante

Se arrotoliamo una fila di radiatori in un anello, entrambi i bordi confinano con l’unità di calore. In questo caso, è molto più redditizio assicurarsi che la tubazione di ritorno non rispedisca il refrigerante nel locale caldaia, ma continui a seguire la catena, cioè lungo la strada. In altre parole, il tubo di alimentazione segue dall’unità di riscaldamento e termina al radiatore estremo, a sua volta, il tubo di ritorno ha origine dal primo radiatore e va nel locale caldaia. Lo stesso principio può essere implementato anche se i radiatori sono posizionati linearmente nello spazio, semplicemente dal punto in cui è inserito il radiatore estremo nel tubo di ritorno, il tubo si apre per restituire il refrigerante raffreddato. Allo stesso tempo, in una determinata area, il sistema di riscaldamento sarà a tre tubi, quindi il circuito Tichelman viene talvolta chiamato.

Sistema di riscaldamento Tichelman loop: diagramma e calcoloAnello Tichelman con il posizionamento di radiatori attorno al perimetro dell’edificio. Per ciascun radiatore, la lunghezza totale dei tubi di alimentazione e di ritorno è approssimativamente la stessa. 1 – caldaia di riscaldamento; 2 – gruppo di sicurezza; 3 – termosifoni; 4 – tubo di alimentazione; 5 – tubo di ritorno; 6 – pompa di circolazione; 7 – vaso di espansione

Ma perché sono necessarie tali complicazioni? Se studi attentamente il diagramma, si scopre che la somma delle lunghezze delle tubazioni di alimentazione e di ritorno per ciascun radiatore è la stessa. Da qui la conclusione: la resistenza idraulica di ogni singolo circuito di connessione è equivalente al resto delle sezioni, ovvero il sistema semplicemente non ha bisogno di essere bilanciato.

Area di applicazione

Tuttavia, la tentazione di evitare la regolazione idraulica del sistema non dovrebbe portare a decisioni affrettate. Il sistema associato a due tubi è caratterizzato da un elevato consumo di materiale, pertanto la sua installazione non è giustificata in tutti i casi.

Sistema di riscaldamento Tichelman loop: diagramma e calcolo

Consideriamo un concetto come il grado di “pressatura” del dispositivo di riscaldamento durante il bilanciamento di un sistema di ritorno a due tubi. Sottovalutando il foro nominale nel punto di connessione dei primi pochi radiatori, è possibile ridurre la portata del liquido di raffreddamento in essi, riducendo così la caduta di pressione, in modo che rimanga una pressione sufficiente nelle sezioni successive della rete. Se la rete del radiatore è costituita da un gran numero di dispositivi di riscaldamento situati a grande distanza l’uno dall’altro, il flusso sui radiatori iniziali dovrà essere limitato a tal punto che il flusso in essi non sarà sufficiente per il normale rilascio di calore. Ciò impone l’uso di pompe con una capacità maggiore, motivo per cui viene generato un notevole rumore nel flusso del refrigerante nei singoli nodi. In generale, possiamo dire che il dispositivo di un sistema di passaggio a due tubi è giustificato solo quando il numero di radiatori è superiore a 8-10 con una lunghezza totale del puntone della tubazione superiore a 70 m.

Il consumo di materiale del sistema Tichelman aumenta in modo significativo se è impossibile avvolgere la rete del radiatore in un anello, cioè posizionare la tubazione di riscaldamento rigorosamente lungo il perimetro dell’edificio. Questo di solito è ostacolato da porte e vetrate sul pavimento. In tali casi, è necessario montare un tubo aggiuntivo, attraverso il quale il refrigerante ritornerà nel locale caldaia e poiché la lunghezza totale di un circuito prelevato arbitrariamente aumenta di almeno la metà, per aumentare il passaggio nominale della linea principale o le prestazioni della pompa. In linea di principio, è possibile evitare costi aggiuntivi a causa del dispositivo del sistema collettore (trave), tuttavia è meglio eseguire un calcolo comparativo preliminare del consumo di materiale.

Dati idraulici

Il funzionamento del sistema basato sul principio del loop Tichelman è altamente stabile. Questo fatto è chiaramente dimostrato dai dati di calcolo idraulici, ma ciò richiede il rispetto di una serie di regole di installazione..

Sistema di riscaldamento Tichelman loop: diagramma e calcolo

L’elemento funzionale principale di tale sistema è la pompa idraulica. Crea pressione all’uscita, cioè all’alimentazione, e un vuoto all’ingresso – ritorno. Numericamente, il valore di entrambi i valori diminuisce con la distanza dalla pompa e la caduta di pressione non si verifica in modo lineare, è descritta dal valore quadratico della pressione dinamica. Questo modello può essere tracciato sia per la linea di alimentazione che per la linea di ritorno, convenzionalmente, la caduta può essere descritta usando l’esempio di una tubazione lunga 100 m:

Distanza dalla pompa nella direzione di movimento del liquido di raffreddamento (m) Pressione di alimentazione (% del nominale) Vuoto di ritorno (% del nominale) Perdita di carico del radiatore
dieci 90% cinque% 95%
20 75% 20% 95%
trenta 55% 35% 90%
50 45% 40% 85%
60 40% 45% 85%
70 35% 55% 90%
80 20% 75% 95%
90 cinque% 90% 95%

Si tratta di dati medi, ma anche da essi si può vedere che con un’apparente uniformità, la perdita di pressione nel mezzo della rete del radiatore è leggermente superiore rispetto ai bordi. Infatti, a causa della variazione proporzionale di pressione e vuoto in ciascun radiatore, viene mantenuta quasi la stessa differenza di pressione in ciascun dispositivo di riscaldamento, tuttavia, per il corretto e stabile funzionamento del circuito di Tichelman, è necessario osservare una serie di regole, che saranno discusse ulteriormente.

Tubazioni del locale caldaie

Un sistema a due tubi con un passaggio del refrigerante può essere aperto o chiuso. Come abbiamo già detto, la pompa è l’elemento principale funzionante, quindi la sua installazione non può essere evitata. Non si deve fare affidamento sulla circolazione naturale anche con tubazioni superiori adeguatamente organizzate. Come abbiamo già detto, un tipico circuito di Tichelmann contiene 10 o più radiatori; è improbabile che un tale braccio possa essere schiacciato solo da un movimento gravitazionale..

Sistema di riscaldamento Tichelman loop: diagramma e calcolo

All’uscita di alimentazione della caldaia è installata una troika di sicurezza tradizionale: una presa d’aria automatica, una valvola di spurgo e un manometro. Per i sistemi aperti, l’uscita di mandata deve essere disposta in un canale verticale fino all’altezza di formazione della pendenza, nel punto più alto è installato un vaso di espansione aperto. Inoltre, il tubo di alimentazione è diretto direttamente alla rete di distribuzione.

Una pompa di circolazione è installata sul ritorno della caldaia, le cui prestazioni sono determinate dalla resistenza idraulica dell’intero sistema. Un filtro si trova direttamente davanti alla pompa e immediatamente dopo la pompa è presente un raccordo a T per il collegamento di un vaso di espansione e un manometro a punto basso. Anche in questo posto viene visualizzato il tubo di riempimento.

Sistema di riscaldamento Tichelman loop: diagramma e calcolo

Le valvole di intercettazione del locale caldaia sono rappresentate da valvole a sfera a passaggio totale, che sono installate:

  • su entrambi i lati della pompa
  • all’uscita del vaso di espansione
  • sul tubo di riempimento
  • nei punti di collegamento della caldaia alla rete principale

Inoltre, nel locale caldaia può essere installato un tubo di bypass di collegamento, nella fessura in cui è installata una valvola elettrica normalmente chiusa, che viene attivata all’arresto della circolazione. L’inserto di bypass deve essere eseguito prima della pompa di circolazione: il bypass è progettato per proteggere dagli sbalzi di temperatura e devia lo scambiatore di calore della caldaia dalla rete e non viceversa.

Sistema di riscaldamento Tichelman loop: diagramma e calcolo

Anche il sistema Tichelman è buono in quanto, con una potenza relativamente elevata della rete del radiatore, è possibile operare da una caldaia con un complesso integrato di apparecchiature idrauliche. Tuttavia, se è necessario coordinare il funzionamento della rete del radiatore e del pavimento caldo, ciascun braccio del sistema è dotato di una propria pompa di circolazione. Se le prestazioni nelle spalle sono significativamente diverse, è necessaria l’installazione di una freccia idraulica.

Sistema di tubazioni

Sia il cablaggio superiore che quello inferiore dell’anello Tichelman sono generalmente realizzati con tubi PPR. Se sono necessarie tubazioni nascoste, si consiglia di utilizzare il sistema PEX con raccordi automatici. Se i tubi devono essere posati su substrati solidi, è necessario utilizzare una guaina isolante..

Il sistema di riscaldamento Tichelman per una casa a un piano è estremamente semplice. La tubazione di alimentazione del refrigerante scorre dall’unità di riscaldamento lungo l’intera rete del radiatore. Il diametro nominale nominale del tubo rimane fino al penultimo radiatore nella fila, dopo di che viene effettuata la transizione al diametro del collegamento del radiatore, solitamente 20 mm polipropilene o 16 mm PEX. La tubazione della corrente di ritorno è disposta nello stesso ordine, ma verso il flusso, cioè il primo radiatore nella direzione del flusso di refrigerante caldo è collegato con un diametro ridotto.

Sistema di riscaldamento Tichelman loop: diagramma e calcolo

Se il sistema Tichelman è disposto su più piani, è necessaria l’installazione di un montante verticale. Il tubo di alimentazione principale segue il punto più alto da cui viene realizzato un ramo per alimentare il piano superiore. Dopodiché, la linea gira verso il basso, in questa sezione, l’alimentazione viene tagliata per tutti i piani inferiori. La conduttura della corrente di ritorno comune viene eseguita per analogia con un sistema a due tubi con il movimento opposto del liquido di raffreddamento, ovvero funge semplicemente da linea di raccolta.

Il diametro dei tubi per l’anello Tichelman viene calcolato secondo i metodi generali di calcolo dell’ingegneria del calore, in base alla scelta del valore Kv ottimale dei tubi principali. Allo stesso tempo, è desiderabile che non si verifichi un eufemismo graduale del foro nominale nella direzione di movimento del refrigerante, altrimenti il ​​bilanciamento naturale del sistema non sarà così di alta qualità. Nei sistemi con una lunghezza delle tubazioni di distribuzione fino a 120 m, il foro nominale dei tubi principali è considerato di almeno 270 mm2, e per tubi che collegano radiatori – circa 130 mm2.

Sistema di riscaldamento Tichelman loop: diagramma e calcolo

Raccordi del radiatore

Spesso ci si imbatte nell’opinione che un sistema di riscaldamento a due tubi con un movimento di passaggio del refrigerante non debba completare i radiatori con valvole di controllo. Si ritiene che questo fatto presumibilmente livelli i costi aggiuntivi per tubi e raccordi aggiuntivi per loro. Tuttavia, il corretto funzionamento dei radiatori in questo caso è quasi impossibile..

Le teste termostatiche per radiatori nel sistema Tichelmann devono essere installate senza errori. Senza di essi, è impossibile personalizzare i termosifoni in stanze diverse, il che non è molto comodo in condizioni climatiche variabili. Per quanto riguarda le valvole di bilanciamento (valvole a farfalla), la controversia è particolarmente accesa su questo punto. Come accennato in precedenza, anche con il passaggio del liquido di raffreddamento, si verifica una caduta di pressione attraverso i radiatori. Con il corretto calcolo del sistema, questo fenomeno può essere compensato variando il numero di sezioni nei radiatori di diverse zone. Tuttavia, se esiste anche un rischio minimo di errore, è meglio installare valvole di controllo su almeno i primi pochi radiatori ad ogni estremità..

Sistema di riscaldamento Tichelman loop: diagramma e calcolo

L’anello Tichelmann può anche essere bilanciato con metodi di regolazione statica. Stiamo parlando della cosiddetta “rondella”. Se i coefficienti di resistenza locali sono predeterminati dal calcolo idraulico, le valvole di controllo possono essere sostituite con inserti che abbassano la dimensione nominale di un determinato valore. Tra le opzioni più semplici, puoi offrire O-ring fatti in casa con diversi diametri interni, che vengono installati nei punti di connessioni filettate dei radiatori.

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