Systém vodního vytápění s nuceným oběhem: schémata, možnosti realizace, technické nuance

Mnoho moderních řešení vodního vytápění domů vyžaduje použití čerpadlové skupiny. Projektování a montáž topného systému s nuceným oběhem je nutné provádět s ohledem na technické aspekty vznikající v důsledku rychlého pohybu teplonosného média.

Vysoký tlak v topném okruhu umožňuje realizovat mnoho schémat rozvodů. Souhlasíte, je to důležitá výhoda topného systému s nuceným oběhem. Nicméně uspořádání takového schématu vyžaduje kvalifikované projektování.

Řekneme vám, podle jakých charakteristik se vybírají hlavní pracovní uzly systému, a také podrobně popíšeme možné varianty rozvodů potrubí a způsoby organizace topného okruhu.

Technické vlastnosti hlavních uzlů systému

Schéma s nuceným oběhem se liší od přirozeného přidáním jednoho nebo několika oběhových čerpadel. V důsledku zvýšení tlaku a rychlosti pohybu teplonosného média se mění pravidla pro vytváření uzlů a umístění prvků okruhu.

Tento fakt je třeba zohlednit, aby bylo zajištěno kvalitní vytápění s nuceným oběhem.

Obecné požadavky na čerpadlovou skupinu

Oběhová čerpadla se vybírají na základě požadavků na objem přečerpávané vody (kubický metr za hodinu) a dopravní výšky (metr). Výpočet obou parametrů závisí na objemu vytápěného obydlí a způsobu vytápění, dále na délce vodního okruhu a průměru jeho trubek.

Čerpadlo by se mělo vybírat tak, aby jeho parametry nebyly “na těsno” k požadavkům systému. To umožní v případě potřeby přidat prvky do okruhu bez výměny čerpadla.

Čerpadla jsou většinou dimenzována na napětí 220 Voltů, ale existují i s podporou 12 Voltů. Při skocích napětí je nutné instalovat stabilizátor, aby nedošlo k poškození zařízení.

V případě častých výpadků elektrické energie je třeba se postarat o přítomnost zdroje nepřerušovaného napájení. Není nutné pořizovat výkonný UPS – pro vytápění rodinných domů se zřídka používají zařízení s příkonem vyšším než 150 Wattů za hodinu.

Oběhová čerpadla lze orientačně rozdělit na dva druhy podle polohy motoru. Zařízení se suchým rotorem mají vyšší účinnost, ale vyznačují se vyšší hlučností a nižší životností než ta s mokrým rotorem.

Pokud rozvod systému umožňuje přirozený pohyb teplonosné látky po okruhu, je nutné čerpadlo montovat přes “bypass”. V tomto případě je při jeho poruše nebo výpadku elektřiny možné přepnout vytápění na režim gravitační cirkulace.

Přes nefunkční čerpadlo se voda také může pohybovat, nicméně vytvoří silný odpor proti jejímu proudění.

Volba konkrétního modelu čerpadla pro daný topný systém se provádí určením pracovního bodu a jeho shody s požadovanými hodnotami průtoku teplonosné látky (+)

Problém zastavení čerpadla je zvláště aktuální při použití kamnového nebo krbového vytápění. V tomto případě bude kamna dále ohřívat výměník tepla a je možné, že voda v něm začne vřít a dojde k dlouhodobému poškození celého systému.

Je lepší provést montáž čerpadla na zpátečním potrubí, protože nižší teplota vody prodlouží jeho životnost. Pokud není možné instalovat čerpadlo na jiné místo než na potrubí vycházející z kotle, je třeba použít čerpadlo s keramickými těsněními.

I když vydrží teplotu až 110 °C, při varu systému mohou i u nich vzniknout problémy s fungováním.

Namontováním čerpadla do okruhu přes bypass lze dosáhnout nejen normálních pracovních podmínek na principu přirozené cirkulace, ale také možnosti demontáže čerpadla bez vypouštění vody.

Užitečné informace o výběru oběhových čerpadel pro topný systém jsou uvedeny v článcích:

1. Výběr oběhového čerpadla: konstrukce, typy a pravidla výběru čerpadla pro topení
2. Cirkulační čerpadlo pro vytápění: desítka nejlepších modelů a rady pro kupující

Jemnosti výběru kotlů a kamen

Použití elektrických a plynových kotlů, kamen s dlouhým hořením jako generátoru tepla je atraktivní z hlediska jednoduchosti kontroly přísunu tepla přes tepelný výměník.

Použití kamen na tuhá paliva, zejména vlastních konstrukcí, může vést k nedostatečnému nebo nadměrnému uvolňování tepla. Jejich použití je však často odůvodněno z hlediska nízké ceny a dostupnosti paliva.

V současnosti je k dispozici mnoho modelů elektrických a plynových kotlů s integrovaným čerpadlem. Na jedné straně je vestavěný cirkulační systém přizpůsoben výkonu kotle a umožňuje vyhnout se nákupu a instalaci samostatného čerpadla. Na druhé straně v případě poruchy vestavěného čerpadla nebude jeho oprava nebo výměna tak snadná jako u samostatného.

Elektrický kotel s integrovaným čerpadlem je hotové a kompaktní řešení pro jeho začlenění do schématu s nuceným oběhem.

Požadavky na kotel při použití nucené cirkulace jsou stejné jako při přirozené cirkulaci:

• Výpočet výkonu kotle – ukazatel musí splňovat potřeby vytápění domu v nejdrsnějších podmínkách pro danou lokalitu. Je vhodné mít malou rezervu výkonu (10–20 %) kvůli možným nepředvídatelným okolnostem, které mohou v topném systému nastat.
• Prevence varu teplonosné kapaliny ve výměníku tepla. Tento požadavek je při použití kombinace „kamna – čerpadlo" snazší splnit než u gravitačního modelu pohybu kapaliny.

K zabránění varu vody ve výměníku tepla kotle stačí nastavit regulaci výkonu v závislosti na teplotě vystupující kapaliny. Tento způsob funguje při jakémkoli typu cirkulace.

Řídicí jednotka režimu provozu kotle na tuhá paliva zahrnuje funkci spuštění čerpadla při dosažení kritických teplot na výstupu z výměníku tepla.

U pecí s přirozenou cirkulací není možné zabránit varu teplonosné látky v případě nadměrného množství naloženého paliva. Jedinou možností při přítomnosti čerpadla zůstává zvýšení objemu proháněné kapaliny přes výměník tepla.

Navíc lze takový protihavarijní systém vytvořit automatický pomocí termostatu a jednotky regulace otáček čerpadla.

Montáž a kontrola vodního okruhu

Při schématu vytápění s nuceným oběhem budou vyšší rychlosti proudění vody než u gravitačního modelu. Proto lze použít menší průměr trubek při stejných parametrech vytápění budovy. To zlevňuje náklady na vodní vytápění z hlediska výdajů na trubky, fitinky a armatury.

Kromě toho lze prvky okruhu s menším průměrem snadněji skrýt do technických výklenků nebo začlenit do interiéru místností.

Ve srovnání s přirozenou cirkulací se k hydrostatickému tlaku sloupce kapaliny přidá zvýšený hydrodynamický tlak proudění. Proto, aby se předešlo vzniku netěsností nebo dokonce protržení systému, je nutné dodržovat určitá pravidla.

Při přechodu z gravitační cirkulace na nucenou je třeba odstranit všechny, i nepatrné netěsnosti v okruhu. Při zvýšení tlaku se rychlost prosakování zvýší, což kromě problému v místnosti způsobí snížení množství teplonosné látky a její nadměrné provzdušnění (nasycení vzduchem).

Před začátkem topné sezóny je nutné provést hydraulické zkoušky pevnosti okruhu s maximálně používaným nebo dokonce mírně vyšším tlakem. To umožní odhalit problémy a odstranit je před nástupem chladného počasí, kdy je dlouhodobé odstavení vytápění kvůli opravě nežádoucí.

Protečení topných radiátorů může nastat na nejneočekávanějších místech a odstranění problému zabere mnoho času, proto je lepší zkontrolovat celistvost systému předem.

Vzhledem k tomu, že rychlost pohybu teplonosné látky bude vyšší než 0,25 m/s, podle SNiP 41-01-2003 není nutné dodržovat stálý sklon potrubí pro odvádění vzduchu z okruhu. Proto je při nuceném oběhu montáž potrubí a radiátorů o něco jednodušší než u gravitačního schématu.

Varianty vytápění s nuceným oběhem

Použití nuceného oběhu umožňuje odklonit se od principu návrhu rozvodů s povinným zohledněním rozdílu hydrostatického tlaku, který je nutný pro fungování u gravitačního schématu.

To přidává variabilitu při modelování geometrie vodního okruhu a poskytuje možnost využití řešení, jako je kolektorové vytápění nebo podlahové vytápění velké plochy.

Použití horního a spodního rozvodu

Libovolné schéma vytápění lze podmíněně přiřadit k hornímu nebo spodnímu rozvodu. Při horním rozvodu horká voda stoupá nad topná tělesa a poté, stékajíc dolů, ohřívá radiátory. Při spodním rozvodu je horká voda přiváděna zdola. Každá varianta má své kladné stránky.

Horní rozvod se také používá při přirozeném oběhu. Proto topné okruhy tohoto typu umožňují použít oba druhy oběhu. To zaprvé poskytuje možnost volby, a zadruhé zvyšuje spolehlivost systému.

V případě výpadku elektřiny nebo poruchy čerpadla bude pohyb vody v okruhu pokračovat, i když s nižší rychlostí.

Dobrý tlak umožňuje volbu mezi horním a spodním rozvodem s ohledem na pohodlí vedení potrubí přivádějícího teplonosnou látku k radiátorům (+)

Při použití spodního rozvodu je celková délka potrubí menší, což snižuje náklady na vytvoření systému. Kromě toho není nutné pokládat stoupačky v horním patře, což je dobré z hlediska designu místností. Spodní potrubí přivádějící horkou vodu se pokládá buď v suterénu, nebo v úrovni podlahy prvního patra.

Druhy jednopotrubních schémat zapojení

Jednopotrubní schéma používá stejnou trubku pro přivádění horké vody k radiátorům a odvádění studené k topnému kotli. Při takovém rozvodu se téměř o polovinu zkracuje délka použitých trubek, snižuje se počet tvarovek a uzavírací armatury.

Avšak ohřev radiátorů probíhá postupně, proto je při výpočtu počtu článků nutné zohlednit postupné snižování teploty přiváděné teplonosné látky.

Postupné zapojení radiátorů s použitím jedné trubky pro přívod teplonosné látky se často používá v moderních domech pro minimalizaci nákladů na materiál a zjednodušení montážních prací

Jednotrubková schémata mohou být realizována v horizontálním a vertikálním provedení. Při nuceném oběhu, v případě použití vertikálních stoupaček, lze horkou vodu přivádět nejen shora, ale i zdola.

Vhodnost použití toho či onoho řešení závisí nejen na snadnosti vedení trubek, ale také na maximálním přípustném počtu radiátorů na jedné stoupačce jednotrubkového okruhu.

Radiátory topení lze připojit dvěma způsoby:

• Sériové připojení – teplonosná látka protéká všemi radiátory. V tomto případě je potřeba minimální množství trubek, avšak v případě potřeby odstavení jednoho z radiátorů bude nutné zastavit celou větev systému.
• Připojení přes bypass – teplonosná látka může proudit mimo radiátor přes instalovanou odbočku. Pomocí soustavy ventilů lze přesměrovat tok kolem radiátoru, což umožní jeho opravu nebo demontáž bez zastavení topení.

Jednotrubkové schéma se často používá při vytápění, ale v případě velkého počtu radiátorů se pro jejich rovnoměrné vytápění používá jiná varianta.

Jednotrubková schémata mají mnoho možností realizace při nuceném oběhu, proto je výběr vhodného řešení pro konkrétní geometrii místností poměrně snadný (+)

Způsoby použití dvoutrubkové varianty

Schéma topného okruhu s použitím druhé trubky pro odvod ochlazené vody ke kotli se nazývá dvoutrubkový systém. Délka trubek se zvyšuje, stejně jako počet spojů a zařízení.

Systém má však důležitou výhodu – ke každému radiátoru je přiváděna teplonosná látka stejné teploty. To činí dvoutrubkovou variantu velmi atraktivní.

Při vodním vytápění s nuceným oběhem se používá horizontální i vertikální rozvod. Při vertikální variantě je možné použít horní a spodní přívod horké vody.

Dvoutrubkové schéma přívodu a odvodu vody v kombinaci s diagonálním připojením radiátoru poskytuje maximální tepelný výkon do místnosti

Jelikož teplota přiváděné vody ke všem radiátorům je stejná, geometrie okruhů závisí pouze na následujících faktorech:

• úspora materiálu – minimalizace délky trubek a počtu spojů;
• snadné vedení okruhu vytápění přes stěny a stropy;
• estetická přitažlivost – možnost začlenit topné prvky do interiéru místností.

V závislosti na pohybu horké a ochlazené vody se dvoutrubková schémata dělí na dva typy:

1. Souběžné. Pohyb v obou trubkách probíhá stejným směrem. Cyklus oběhu teplonosné látky má stejnou délku pro všechny radiátory v této části systému, proto je rychlost jejich ohřevu stejná.
2. Slepé. V souběžném schématu se radiátory umístěné blíže ke kotli ohřívají rychleji. U systémů s nuceným oběhem to však není příliš důležité kvůli značné rychlosti vody v okruhu.

Při výběru mezi souběžnou a slepou variantou se řídí podmínkou pohodlí vedení zpětného potrubí. U vertikálních schémat s dolním rozvodem vzniká slepý systém, s horním rozvodem souběžný.

Použití rozdělovacího kolektoru vytápění

Dalším populárním způsobem organizace vytápění je v současnosti vytvoření kolektorového schématu. Do jisté míry lze toto schéma nazvat poddruhem dvoutrubkového, ačkoli se používá i při organizaci jednotrubkových topných okruhů.

Pouze distribuce horké teplonosné látky a sběr chlazené probíhá nikoli z hlavního stoupačky, ale ze speciálních rozdělovacích uzlů – kolektorů. Tento systém funguje stabilně jen při použití nuceného oběhu.

Paprskový rozvod ve srovnání s dvoutrubkovým vyžaduje přítomnost kolektoru, větší celkovou délku trubek, množství tvarovek a uzavíracích armatur.

Rozdělovací uzel pro dvoutrubkový systém představuje složitou kombinaci přívodního a vratného kolektoru, pomocí kterých se provádí vyvážený přívod teplonosné látky z hlediska teploty a tlaku.

Každá větev zařízení napájí jeden topný prvek nebo jejich malou skupinu. Větve jsou zpravidla umístěny pod podlahou, každé podlaží vícepodlažní budovy obsluhuje jeden kolektor instalovaný ve středu.

Navzdory zřejmým výhodám této varianty organizace vytápění má kolektorový systém dvě významné nevýhody:

• největší délka potrubí, proto tato varianta organizace vodního okruhu vyžaduje nemalé finanční investice;
• obtížnost změny okruhu – trubky jsou při této variantě obvykle umístěny pod podlahou nebo ve zdech, takže v případě přidání topných těles bude velmi obtížné provést jakékoli úpravy.

Všechny kolektory se montují zpravidla do specíální skříky, protože uzavírací armatury jsou umístěny tamtéž a je k nim nutný přístup. Umístění ventilů na jednom místě je velmi pohodlné.

V případě potřeby zapnutí nebo vypnutí radátorů nebo vzniku mimořádné situace stačí mít přístup ke skříni a není nutné navštěvovat všechy místnosti.

Rozdělovací rozdělovače mohou mít jednoduchou strukturu sestávající ze dvou hřebenů a minimálního počtu uzavíracích armatur. Složité sestavy mohou dále zahrnovat automatické termostaty, elektronické ventily, směšovače, automatické odvzdušňovací zařízení, snímače a řídicí jednotky, ventil pro vypouštění vody a samostatné oběhové čerpadlo.

Tyto systémy dokáží nejpřesněji regulovat teplotu v domě, ale vyžadují dobrou znalost základů a nuancí provozu vodního vytápění.

Vytápění pomocí podlahového topení

Za jeden z nejkomfortnějších způsobů vytápění je považováno zřízení podlahového topení. Je třeba poznamenat, že montáž této varianty vytápění obytných místností, sprch, kuchyní a dalších prostor je poměrně složitá.

Vodní podlahové topení velké plochy je možné pouze při zajištění nuceného oběhu, protože je nutné vytvořit tlak v dlouhém systému úzkých trubek.

Tlak je nezbytný k překonání odporu úzkých trubek s mnoha ohyby. Kromě toho je nutné dosáhnout spádu, který umožňuje odvádět vzduch z trubek podlahového topení, které jsou umístěny vodorovně.

Existuje velké množství kombinací pokládky trubek:

• pro malé místnosti se používají schémata s jedním vstupem pro horkou vodu a výstupem pro ochlazenou;
• pro velké prostory se organizují složitější systémy podlahového topení s použitím rozdělovacího rozdělovače.

Často se pro úseky okruhu s podlahovým topením instalují samostatná oběhová čerpadla.

Použití rozdělovače je opodstatněné pro velké plochy podlahového topení, když výpočty ukazují, že jedna trubka by nemusela zvládnout vytápění.

Závěry a užitečné video k tématu

Podrobný popis dvoutrubkového a poměrně složitého schématu vytápění dvoupodlažního domu:

Systém uzavřeného typu pro třípodlažní dům na bázi plynového kotle:

Použití čerpadel při vodním vytápění místností výrazně usnadňuje návrh okruhu a umožňuje varianty, které jsou pro gravitační model nedostupné. Správný výběr zařízení umožní vyřešit otázku vytápění bydlení a učinit tento proces pohodlným a jednoduchým.

Máte co dodat, nebo máte dotazy k organizaci otopné soustavy s nuceným oběhem? Prosím, zanechte komentáře k publikaci a zapojte se do diskusí. Kontaktní formulář se nachází ve spodním bloku.