Systém vodného vykurovania s nútenou cirkuláciou: schémy, varianty realizácie, technické jemnosti

Mnohé moderné riešenia vodného vykurovania domov vyžadujú použitie čerpacej skupiny. Projektovanie a montáž systému vykurovania s núteným obehom je potrebné vykonávať s ohľadom na technické aspekty, ktoré vznikajú v dôsledku rýchleho pohybu teplonosnej látky.

Vysoký tlak vo vykurovacom okruhu umožňuje realizovať mnoho schém rozvodu. Súhlaste, je to dôležitá výhoda vykurovacieho systému s núteným obehom. Avšak vybudovanie takejto schémy vyžaduje kvalifikované projektovanie.

Povieme vám, podľa akých charakteristík sa vyberajú hlavné pracovné uzly systému, a tiež podrobne popíšeme možné varianty rozvodu potrubia a spôsoby organizácie vykurovacieho okruhu.

Technické vlastnosti hlavných uzlov systému

Schéma s núteným obehom sa líši od gravitačnej pridaním jedného alebo viacerých obehových čerpadiel. Z dôvodu zvýšenia tlaku a rýchlosti pohybu teplonosnej látky sa menia pravidlá vytvárania uzlov a umiestnenia prvkov okruhu.

Túto skutočnosť je potrebné zohľadniť, aby sa zabezpečilo kvalitné vykurovanie pri nútenom obehu.

Všeobecné požiadavky na čerpaciu skupinu

Cirkulačné čerpadlá sa vyberajú na základe požiadaviek na objem prečerpávanej vody (kubický meter za hodinu) a dopravnú výšku (meter). Výpočet oboch parametrov závisí od kubatúry vykurovaného obydlia a spôsobu vykurovania, ako aj od dĺžky vodného okruhu a priemeru jeho rúr.

Čerpadlo by sa malo vybrať tak, aby jeho parametre neboli “na tesno” k požiadavkám systému. To umožní v prípade potreby pridať prvky do okruhu bez výmeny čerpadla.

Čerpadlá sú väčšinou navrhnuté na napätie 220 voltov, ale existujú aj s podporou 12 voltov. Pri výkyvoch napätia je potrebné nainštalovať stabilizátor, aby sa predišlo poruche zariadenia.

V prípade častých výpadkov elektriny je potrebné zaobstarať si zdroj neprerušovaného napájania. Nie je potrebné brať výkonný UPS – na vykurovanie súkromných domov sa zriedka používajú zariadenia so spotrebou viac ako 150 wattov za hodinu.

Cirkulačné čerpadlá možno orientačne rozdeliť na dva druhy podľa polohy motora. Zariadenia so suchým rotorom majú vyššiu účinnosť, ale majú zvýšenú hlučnosť a nižšiu životnosť ako zariadenia s mokrým rotorom.

Ak rozvod systému umožňuje prirodzený pohyb teplonosnej látky po okruhu, potom je potrebné čerpadlo namontovať cez “bypass”. V tomto prípade je pri jeho poruche alebo výpadku elektriny možné prepnúť vykurovanie na režim gravitačnej cirkulácie.

Cez nefunkčné čerpadlo sa voda tiež môže pohybovať, avšak vytvorí silný odpor jej pohybu.

Výber v prospech modelu čerpadla pre konkrétny vykurovací systém sa uskutočňuje pomocou určenia pracovného bodu a jeho zhody s požadovanými hodnotami prietoku teplonosnej látky (+).

Problém zastavenia čerpadla je obzvlášť aktuálny pri použití kachlí alebo krbového vykurovania. V tomto prípade budú kachle pokračovať v ohreve výmenníka tepla a je možné, že voda v ňom vrie a celý systém bude na dlhý čas mimo prevádzky.

Je lepšie vykonať montáž čerpadla na spätnom potrubí, pretože nižšia teplota vody predĺži jeho životnosť. Ak nie je možné nainštalovať čerpadlo na inom mieste, než na potrubí vychádzajúcom z kotla, potom by sa malo použiť čerpadlo s keramickými tesneniami.

Hoci znesú teplotu až do 110 °C, ale pri vretí systému môžu mať aj oni problémy s fungovaním.

Po namontovaní čerpadla do okruhu cez bypass možno dosiahnuť nielen normálne pracovné podmienky podľa princípu prirodzeného obehu, ale aj možnosť demontáže čerpadla bez vypustenia vody

Užitočné informácie o výbere obehových čerpadiel pre vykurovací systém sú uvedené v článkoch:

1. Výber cirkulačného čerpadla: zariadenie, druhy a pravidlá výberu čerpadla na vykurovanie
2. Cirkulačné čerpadlo na kúrenie: desiatka najlepších modelov a rady pre kupujúcich

Jemnosti výberu kotlov a pecí

Použitie elektrických a plynových kotlov, pecí s dlhým horením ako generátora tepla je príťažlivé z hľadiska jednoduchosti kontroly príjmu tepla cez výmenník tepla

Použitie pecí na tuhé palivo, najmä svojpomocne vyrobených konštrukcií, je spojené s nedostatočným alebo nadmerným uvoľňovaním tepla. Ich použitie je však často odôvodnené z hľadiska lacnosti a dostupnosti paliva

V súčasnosti je k dispozícii množstvo modelov elektrických a plynových kotlov s integrovaným čerpadlom. Na jednej strane je vstavaný cirkulačný systém prispôsobený výkonu kotla a umožňuje nezaoberať sa nákupom a inštaláciou samostatného čerpadla. Na druhej strane v prípade poruchy vstavaného čerpadla nebude také jednoduché ho opraviť alebo vymeniť ako samostatné

Elektrokotol s integrovaným čerpadlom je hotové a kompaktné riešenie na jeho začlenenie do okruhu s núteným obehom

Požiadavky na kotol pri použití núteného obehu sú rovnaké ako pri prirodzenom obehu:

• Výpočet výkonu kotla – ukazovateľ musí spĺňať potreby vykurovania domu v najdrsnejších podmienkach pre danú oblasť. Je žiaduce mať malú rezervu výkonu (10–20%) kvôli možným nepredvídaným okolnostiam, ktoré môžu nastať vo vykurovacom systéme
• Predchádzanie varu teplonosnej látky vo výmenníku tepla. Túto požiadavku je pri použití kombinácie „pec – čerpadlo" ľahšie splniť ako pri gravitačnom modeli pohybu kvapaliny

Na zabránenie varu vody vo výmenníku tepla kotla stačí nastaviť reguláciu výkonu v závislosti od teploty vystupujúcej kvapaliny. Tento spôsob funguje pri akomkoľvek type obehu

Riadiaca jednotka režimu prevádzky kotla na tuhé palivo zahŕňa funkciu spustenia čerpadla pri dosiahnutí kritických teplôt na výstupe z výmenníka tepla

Pre pece s prirodzenou cirkuláciou nie je možné zabrániť vreniu teplonosného média v prípade nadmerného množstva naloženého paliva. Jedinou možnosťou pri prítomnosti čerpadla zostáva zväčšenie objemu pretekanej kvapaliny cez výmenník tepla.

Naviac takýto protihavarijný systém možno urobiť automatickým použitím termostatu a bloku regulácie rýchlosti čerpadla.

Montáž a kontrola vodného okruhu

Pri schéme vykurovania s použitím nútenej cirkulácie budú vyššie rýchlosti pohybu vody ako v gravitačnom modeli. Preto možno použiť menší priemer rúr pri rovnakých parametroch vykurovania budovy. To zlacňuje náklady na vodné vykurovanie v časti výdavkov na rúry, tvarovky a armatúry.

Okrem toho, prvky okruhu s menším priemerom sa ľahšie schovajú do technologických výklenkov alebo sa dajú zakomponovať do interiéru miestností.

V porovnaní s prirodzenou cirkuláciou sa k hydrostatickému tlaku stĺpca kvapaliny pridá zvýšený hydrodynamický tlak prúdenia. Preto, aby sa predišlo vzniku netesností alebo, tým skôr, pretrhnutiu systému, je potrebné dodržiavať určité pravidlá.

V prípade prechodu z gravitačnej cirkulácie na nútenú je potrebné odstrániť všetky, aj nepatrné netesnosti v okruhu. Pri zvýšení tlaku sa rýchlosť úniku zvýši, čo okrem problému v miestnosti spôsobí zníženie množstva teplonosného média a jeho nadmernú aeráciu (nasýtenie vzduchom).

Pred nástupom vykurovacieho obdobia je potrebné vykonať hydraulické skúšky pevnosti okruhu s maximálne používaným alebo dokonca o niečo vyšším tlakom. To umožní odhaliť problémy a odstrániť ich pred príchodom chladov, keď je dlhodobé zastavenie vykurovania kvôli oprave nežiaduce.

Únik z vykurovacích radiátorov môže nastať na tých najneočakávanejších miestach a odstránenie problému zaberie veľa času, preto je lepšie skontrolovať celistvosť systému vopred.

Keďže rýchlosť pohybu teplonosného média bude vyššia ako 0,25 m/s, podľa SNiP 41-01-2003 nie je potrebné dodržiavať stály sklon rúr na odvádzanie vzduchu z okruhu. Preto je pri nútenej cirkulácii montáž rúr a radiátorov o niečo jednoduchšia ako pri gravitačnej schéme.

Varianty vykurovania pri nútenom obehu

Použitie nútenej cirkulácie umožňuje odkloniť sa od princípu navrhovania rozvodu s povinným zohľadnením rozdielu hydrostatického tlaku, ktorý je potrebný pre fungovanie pri gravitačnej schéme.

To pridáva variabilitu pri modelovaní geometrie vodného okruhu a poskytuje možnosť využitia takých riešení, ako je kolektorové vykurovanie alebo podlahové vykurovanie veľkej plochy.

Použitie horného a dolného rozvodu

Každú schému vykurovania možno podmienečne zaradiť k hornému alebo spodnému rozvodu. Pri hornom rozvode horúca voda stúpa nad vykurovacie telesá a potom, stekajúc dole, ohrieva radiátory. Pri spodnom rozvode je horúca voda privádzaná zdola. Každá varianta má svoje pozitívne stránky.

Horný rozvod sa používa aj pri prirodzenej cirkulácii. Preto vykurovacie okruhy tohto typu umožňujú využívať oba druhy cirkulácie. To po prvé poskytuje možnosť výberu a po druhé zvyšuje spoľahlivosť systému.

V prípade výpadku elektriny alebo poruchy čerpadla bude pohyb vody v okruhu pokračovať, aj keď s nižšou rýchlosťou.

Dobrý tlak umožňuje urobiť výber medzi horným a spodným rozvodom, berúc do úvahy pohodlie vedenia rúr privádzajúcich teplonosné médium k radiátorom (+)

Pri použití spodného rozvodu je celková dĺžka rúr menšia, čo znižuje náklady na vytvorenie systému. Okrem toho nie je potrebné kladenie stúpačiek na hornom poschodí, čo je dobré z hľadiska dizajnu miestností. Spodnú prívodnú rúru s horúcou vodou kladú buď v suteréne, alebo na úrovni podlahy prvého poschodia.

Druhy jednotrubkových schém zapojenia

Jednotrubková schéma používa tú istú rúru na prívod horúcej vody k radiátorom a odvod studenej k vykurovaciemu kotlu. Pri takomto rozvode sa takmer o polovicu skracuje dĺžka používaných rúr, znižuje sa počet tvaroviek a uzatváracej armatúry.

Avšak ohrev radiátorov prebieha postupne, preto pri výpočte počtu sekcií je potrebné zohľadniť postupné znižovanie teploty privádzaného teplonosného média.

Postupné pripojenie radiátorov s použitím jednej rúry na prívod teplonosného média sa často používa v moderných domoch na minimalizáciu nákladov na materiály a zjednodušenie montážnych prác

Jednorúrové schémy môžu byť realizované v horizontálnej a vertikálnej variante. Pri nútenom obehu, v prípade použitia vertikálnych stúpačiek je možné uskutočňovať prívod horúcej vody nielen zhora, ale aj zdola.

Vhodnosť použitia toho či onoho variantu závisí nielen od pohodlia vedenia rúr, ale aj od maximálne prípustného počtu radiátorov na jednej stúpačke jednorúrového okruhu.

Radiátory vykurovania je možné pripájať dvoma spôsobmi:

• Sériové pripojenie – teplonosné médium preteká cez všetky radiátory. V tomto prípade je potrebné minimálne množstvo rúr, avšak v prípade potreby odpojenia jedného z radiátorov bude potrebné zastaviť celú vetvu systému.
• Pripojenie cez bypass – teplonosné médium môže pretekať obchádzajúc radiátor po nainštalovanom odbočnom potrubí. Pomocou systému ventilov je možné presmerovať tok okolo radiátora, čo umožní vykonať jeho opravu alebo demontáž bez zastavenia kúrenia.

Jednorúrovú schému často používajú pri vykurovaní, avšak v prípade veľkého počtu radiátorov sa na ich rovnomerné zohrievanie používa iný variant.

Jednorúrové schémy majú množstvo variantov realizácie pri nútenom obehu, preto vybrať vhodné riešenie pre konkrétnu geometriu miestností je pomerne jednoduché (+)

Spôsoby použitia dvojtrubkového variantu

Schému okruhu vykurovania s použitím druhého potrubia na odvádzanie ochladenej vody ku kotlu nazývame dvojrúrovým systémom. Metráž rúr sa zvyšuje, rovnako ako počet spojení a zariadení.

Systém má však dôležitú výhodu – do každého radiátora sa dodáva teplonosné médium rovnakej teploty. To robí dvojrúrový variant veľmi atraktívnym.

Pri vodnom vykurovaní s núteným obehom používajú horizontálne aj vertikálne rozvody. Navyše pri vertikálnom variante je možné použitie horného a spodného prívodu horúcej vody.

Dvojrúrová schéma prívodu a odvodu vody v spojení s diagonálnym pripojením radiátora poskytuje maximálny odvod tepla do miestnosti

Keďže teplota privádzanej vody ku všetkým radiátorom je rovnaká, geometria okruhov závisí iba od nasledujúcich faktorov:

• úspora materiálov – minimalizácia metráže rúr a počtu spojení;
• ľahkosť vedenia okruhu vykurovania cez steny a stropy;
• estetická príťažlivosť – možnosťou vpísať vykurovacie prvky do interiéru miestností.

V závislosti od pohybu horúcej a ochladenej vody sa dvojrúrové schémy rozdeľujú na dva typy:

1. Súbežné. Pohyb v oboch rúrach prebieha v jednom smere. Cyklus obehu teplonosného média má rovnakú dĺžku pre všetky radiátory v tejto časti systému, preto je rýchlosť ich ohrevu rovnaká.
2. Slepé. V súbežnej schéme sa radiátory umiestnené bližšie ku kotlu ohrievajú rýchlejšie. Pre systémy s nútenou cirkuláciou to však nie je veľmi dôležité kvôli značnej rýchlosti vody v okruhu.

Pri výbere medzi súbežným a slepým variantom sa riadia podmienkou pohodlia vedenia spätného potrubia. Vo vertikálnych schémach pri spodnom rozvode vzniká slepý systém, pri hornom rozvode súbežný.

Použitie rozdeľovacieho kolektora vykurovania

Ďalším populárnym spôsobom organizácie vykurovania je teraz vytvorenie kolektorovej schémy. Do istej miery možno túto schému nazvať poddruhom dvojrúrkovej, hoci sa používa aj pri organizácii jednorúrkových vykurovacích okruhov.

Len distribúcia horúceho teplonosného média a zber ochladeného sa nevykonáva z hlavného stúpačky, ale zo špeciálnych rozvodných uzlových zariadení – kolektorov. Takýto systém spoľahlivo funguje len s použitím nútenej cirkulácie.

Lúčový rozvod v porovnaní s dvojrúrkovým vyžaduje prítomnosť kolektora, väčšiu celkovú dĺžku rúr, množstvo tvaroviek a uzatváracie armatúry.

Rozvodný uzol pre dvojrúrkový systém predstavuje zložitú kombináciu prívodného a vratného kolektora, pomocou ktorých sa uskutočňuje vyvážené dodávanie teplonosného média podľa teploty a tlaku.

Každá vetva zariadenia napája jeden vykurovací prvok alebo ich malú skupinu. Vetvy sú spravidla umiestnené pod podlahou, každé poschodie viacposchodovej budovy obsluhuje jeden kolektor inštalovaný v centre.

Napriek zjavným výhodám tohto variantu organizácie vykurovania má kolektorový systém dva významné mínusy:

• najväčšia dĺžka potrubí, preto tento variant organizácie vodného okruhu vyžaduje nemalé finančné investície;
• zložitosť zmeny okruhu – rúry sú pri tomto variante zvyčajne umiestnené pod podlahou alebo v stenách, preto v prípade pridania vykurovacích telies bude veľmi ťažké vykonať nejaké úpravy.

Všetky kolektory sa montujú spravidla do špeciálnej skrinky, pretože uzatváracia armatúra je umiestnená na rovnakom mieste a je k nej potrebný prístup. Umiestnenie ventilov na jednom mieste je veľmi pohodlné.

V prípade potreby zapnutia alebo vypnutia radiátorov alebo vzniku mimoriadnej situácie stačí mať prístup k skrinke a nie je potrebné navštevovať všetky miestnosti.

Rozvodné kolektory môžu mať jednoduchú štruktúru pozostávajúcu z dvoch hrebeňov a minima uzatváracej armatúry. Zložité uzly môžu zahŕňať aj automatické termostaty, elektronické ventily, miešače, automatické odvzdušňovacie zariadenia, senzory a riadiace jednotky, ventil na vypúšťanie vody, samostatné obehové čerpadlo.

Tieto systémy dokážu najpresnejšie regulovať teplotu v dome, ale vyžadujú dobré pochopenie základov a nuancií fungovania vodného vykurovania.

Vykurovanie pomocou podlahového kúrenia

Za jeden z najkomfortnejších spôsobov vykurovania považujú organizáciu teplej podlahy. Treba poznamenať, že montáž takejto varianty vykurovania obytných miestností, sprchovacích kútov, kuchýň a iných priestorov je pomerne zložitá.

Vodná teplá podlaha veľkej plochy je možná len pri organizácii núteného obehu, pretože je potrebné vytvoriť tlak v dlhom systéme úzkych rúrok.

Tlak je potrebný na prekonanie odporu úzkych rúr s mnohými ohybmi. Okrem toho je potrebné dosiahnuť tlak, ktorý umožňuje odstrániť vzduch z rúrok teplej podlahy, ktoré sú umiestnené horizontálne.

Existuje veľké množstvo kombinácií ukladania rúrok:

• pre malé miestnosti sa používajú schémy s jedným vstupom pre horúcu vodu a výstupom pre ochladenú;
• pre veľké priestory organizujú zložitejšie systémy teplej podlahy s použitím rozvodného kolektora.

Často sa pre fragmenty okruhu s teplou podlahou inštalujú samostatné obehové čerpadlá.

Použitie kolektora je opodstatnené pre veľké plochy teplej podlahy, keď výpočty ukazujú, že jedna rúra nemusí zvládnuť vykurovanie

Závery a užitočné video k téme

Podrobné vysvetlenie dvojrúrkového a pomerne zložitého vykurovacieho systému dvojpodlažného domu:

Systém uzavretého typu pre trojpodlažný dom na báze plynového kotla:

Použitie čerpadiel pri vodnom vykurovaní miestností výrazne uľahčuje navrhovanie okruhu, čím umožňuje možnosti, ktoré nie sú dostupné pre gravitačný model. Správny výber zariadenia umožní vyriešiť otázku vykurovania bývania, čím sa tento proces stane pohodlným a jednoduchým.

Máte čo doplniť, alebo máte otázky týkajúce sa organizácie vykurovacieho systému s núteným obehom? Prosím, zanechajte komentáre k publikácii a zapojte sa do diskusií. Kontaktný formulár sa nachádza v dolnom bloku.