Uzavřený topný systém: schémata a specifika montáže systému uzavřeného typu

Hlavní vlastností, kterou se uzavřený topný systém liší od otevřeného, je jeho izolace od vlivu okolního prostředí. Do takového schématu je zahrnuto oběhové čerpadlo, které stimuluje pohyb teplonosné látky. Schéma je zbaveno mnoha nedostatků, které jsou vlastní otevřenému topnému okruhu.

Vše o výhodách a nevýhodách uzavřených topných schémat se dozvíte, když si přečtete námi nabízený článek. Jsou v něm podrobně rozebrány varianty zařízení, specifika montáže a provozu systémů uzavřeného typu. Pro samostatné kutily je uveden příklad hydraulického výpočtu.

Předložené informace ke seznámení vycházejí ze stavebních norem. Pro optimalizaci vnímání nelehkého tématu je text doplněn užitečnými schématy, výběry fotografií a video návody.

Princip fungování systému uzavřeného typu

Teplotní roztažnosti v uzavřeném systému jsou kompenzovány použitím membránové expanzní nádoby, která se během ohřevu plní vodou. Při ochlazování voda z nádoby opět odchází do systému, čímž se udržuje konstantní tlak v okruhu.

Tlak vytvořený v uzavřeném topném okruhu již při montáži se přenáší na celý systém. Oběh teplonosné látky je nucený, proto je tento systém energeticky závislý. Bez oběhového čerpadla by nedocházelo k pohybu ohřáté vody potrubím k zařízením a zpět ke generátoru tepla.

Základní prvky uzavřeného okruhu:

• kotel;
• odvzdušňovací ventil;
• termostatický ventil;
• radiátory;
• trubky;
• expanzní nádoba, která není v kontaktu s atmosférou;
• vyvažovací ventil;
• kulový kohout;
• čerpadlo, filtr;
• pojistný ventil;
• manometr;
• fitinky, upevňovací prvky.

Pokud je dodávka elektřiny do domu nepřerušovaná, uzavřený systém pracuje efektivně. Konstrukce je často doplněna o podlahové vytápění, které zvyšuje její hospodárnost a tepelný výkon.

Takové uspořádání umožňuje nedržet se určitého průměru potrubí, snížit náklady na nákup materiálů a neumisťovat potrubí pod spádem, což zjednodušuje montáž. K čerpadlu musí přitékat kapalina s nízkou teplotou, jinak není jeho provoz možný.

Otopný okruh uzavřeného typu zahrnuje část součástí, které se používají i v jiných typech systémů.

Tato varianta má i jeden negativní aspekt — zatímco při stálém spádu topení funguje i při absenci elektrického napájení, při přísně vodorovné poloze potrubí uzavřený systém nefunguje. Tento nedostatek kompenzuje vysoká účinnost a řada pozitivních momentů ve srovnání s jinými druhy otopných soustav.

Montáž se provádí poměrně jednoduše a je možná v místnosti libovolné plochy. Potrubí není třeba izolovat, ohřev probíhá velmi rychle, pokud je v okruhu přítomen termostat, lze nastavit teplotní režim. Pokud je systém správně uspořádán, nedochází ke ztrátám teplonosné látky, a tedy ani k důvodům pro její doplňování.

Nesporným plusem otopné soustavy uzavřeného typu je, že rozdíl teplot na přívodu a zpátečce umožňuje zvýšit provozní životnost kotle. Potrubí v uzavřeném okruhu je méně náchylné ke korozi. Je možné do okruhu napustit nemrznoucí kapalinu místo vody, když je nutné vytápění na delší dobu v zimě vypnout.

Nejčastěji používané systémy uzavřeného typu jsou vodní, i když funkci teplonosné látky mohou plnit i nemrznoucí kapaliny, pára, plyny s potřebnými vlastnostmi.

Ochrana systému před vzduchem

Teoreticky by do uzavřeného topného systému neměl vzduch vnikat, ale ve skutečnosti se tam přesto vyskytuje. Jeho hromadění je pozorováno v době, kdy se trubky a radiátory plní vodou. Druhou příčinou může být netěsnost spojů.

V důsledku vzniku vzduchových kapes se snižuje tepelný výkon systému. Pro boj s tímto jevem jsou do systému zařazeny speciální ventily a kohouty pro odvzdušnění.

Pokud se v systému nehromadí vzduch, plovák odvzdušňovače blokuje výpustný ventil. Když se v plovákové komoře nahromadí vzduchová kapsa, plovák přestane držet výpustný ventil, čímž vzduch uniká mimo zařízení.

Aby se minimalizovala pravděpodobnost vzniku vzduchových kapes, je třeba při plnění uzavřeného systému dodržovat určitá pravidla:

1. Přivádět vodu z dolního bodu do horního. Za tímto účelem je třeba vést trubky tak, aby se voda a uvolňující se vzduch pohybovaly stejným směrem.
2. Nechat otevřené kohouty pro odvod vzduchu a zavřené kohouty pro vypouštění vody. Tím pádem při postupném stoupání topného media bude vzduch unikat přes otevřené odvzdušňovače.
3. Zavřít odvzdušňovací kohout, jakmile jím začne téct voda. Postup plynule pokračovat až do úplného naplnění okruhu topným médiem.
4. Spustit čerpadlo.

Pokud jsou v topném okruhu hliníkové radiátory, pak jsou na každém odvzdušňovače nezbytně nutné. Hliník při kontaktu s topným médiem vyvolává chemickou reakci doprovázenou uvolňováním kyslíku. U částečně bimetalických radiátorů je problém stejný, ale vzduchu se tvoří výrazně méně.

Automatický odvzdušňovač se instaluje v nejvyšším bodě. Tento požadavek je vysvětlen tím, že vzduchové bublinky v kapalných látkách vždy stoupají trubkou vzhůru, kde je zachycuje zařízení pro odvod vzduchu.

U radiátorů, které jsou 100% bimetalické, topné médium s hliníkem nepřichází do kontaktu, ale profesionálové trvají na přítomnosti odvzdušnění i v tomto případě. Specifickou konstrukci panelových radiátorů z oceli již v procesu výroby vybavují ventily pro vypouštění vzduchu.

U starých litinových radiátorů se vzduch odstraňuje pomocí kulového kohoutu, jiná zařízení jsou zde málo účinná.

Kritickými body v topném okruhu jsou ohyby trubek a horní body systému, proto se v těchto místech montují zařízení pro odvod vzduchu. V uzavřeném okruhu se používají Mayovy kohouty nebo automatické plovákové ventily, které umožňují odvzdušnění bez zásahu člověka.

V těle tohoto přístroje je polypropylenový plovák, spojený přes páku s klapkou. Při plnění plovákové komory vzduchem plovák klesá, a po dosažení spodní polohy otevírá ventil, kterým vzduch uniká.

Do objemu zbaveného plynu vstupuje voda, plovák se vznáší nahoru a uzavírá klapku. Aby se do ní nedostaly nečistoty, je chráněna ochranným krytem.

Tělo ručního i automatického odvzdušňovače je vyrobeno z kvalitního materiálu odolného proti korozi. Pro odstranění vzduchové bubliny se kužel otáčí proti směru hodinových ručiček a vypouští vzduch, dokud syčení neustane.

Existují modifikace, kde tento proces probíhá jinak, ale princip je stejný: plovák v dolní poloze – dochází k vypouštění plynu; plovák zvednutý – ventil je uzavřen, vzduch se hromadí. Cyklus se opakuje automaticky a nevyžaduje přítomnost člověka.

Hydraulický výpočet pro uzavřený systém

Aby se předešlo chybám při výběru trubek podle průměru a výkonu čerpadla, je nezbytný hydraulický výpočet systému.

Efektivní provoz celého systému není možný bez zohlednění těchto 4 hlavních bodů:

1. Stanovení množství teplonosné látky, kterou je třeba dodat do topných těles, aby byl zajištěn požadovaný tepelný komfort v domě bez ohledu na venkovní teplotu.
2. Maximální snížení provozních nákladů.
3. Minimalizace finančních investic v závislosti na zvoleném průměru potrubí.
4. Stabilní a tichý provoz systému.

K řešení těchto úkolů pomůže hydraulický výpočet, který umožňuje zvolit optimální průměry trubek s ohledem na ekonomicky odůvodněné rychlosti proudění teplonosné látky, určit hydraulické tlakové ztráty v jednotlivých úsecích a propojit a vyvážit větve systému. Je to složitá a pracná, ale nezbytná fáze návrhu.

Pravidla pro výpočet průtoku teplonosné látky

Výpočty jsou možné, pokud je k dispozici tepelně-technický výpočet a po výběru radiátorů podle výkonu. Tepelně-technický výpočet musí obsahovat podložené údaje o objemech tepelné energie, zátěžích a tepelných ztrátách. Pokud tyto údaje nejsou k dispozici, výkon radiátoru se určuje podle plochy místnosti, ale výsledky výpočtů budou méně přesné.

Trojrozměrné schéma je vhodné pro práci. Všem prvkům na něm jsou přiřazena označení, která zahrnují značku a pořadové číslo.

Začíná se schématem. Nejlépe jej vytvořit v axonometrickém zobrazení a uvést všechny známé parametry. Průtok teplonosné látky se určuje podle vzorce:

G =860q/∆t kg/h,

kde q je výkon radiátoru v kW, ∆t je rozdíl teplot mezi zpětným a přívodním potrubím. Po určení této hodnoty se podle Ševelevových tabulek určí průřez trubek.

Aby bylo možné tyto tabulky použít, je třeba převést výsledek výpočtů na litry za sekundu podle vzorce: GV = G /3600ρ. Zde GV označuje průtok topného média v l/s, ρ — hustotu vody rovnou 0,983 kg/l při teplotě 60 stupňů C. Z tabulek lze jednoduše vybrat průřez trubky, aniž by bylo nutné provádět úplný výpočet.

Ševeljevovy tabulky výrazně zjednodušují výpočet. Zde jsou uvedeny hodnoty průměrů plastových a ocelových trubek, které lze určit na základě rychlosti proudění topného média a jeho průtoku.

Postup výpočtu je snazší pochopit na příkladu jednoduchého schématu, které zahrnuje kotel a 10 radiátorů. Schéma je třeba rozdělit na úseky, kde jsou průřez trubek a průtok topného média konstantními veličinami.

První úsek je vedení od kotle k prvnímu radiátoru. Druhý je úsek mezi prvním a druhým radiátorem. Třetí a další úseky se vyznačují obdobně.

Teplota od prvního k poslednímu zařízení postupně klesá. Pokud je tepelná energie v prvním úseku 10 kW, pak při průchodu prvním radiátorem předá topné médium určité množství tepla a odcházející teplo se sníží o 1 kW atd.

Průtok topného média lze vypočítat podle vzorce:

Q=(3.6xQuc)/(cx(tr-to))

Zde Quc je tepelná zátěž úseku, c je měrná tepelná kapacita vody, která má konstantní hodnotu 4,2 kJ/(kg·°C), tr je teplota horkého topného média na vstupu, to je teplota ochlazeného topného média na výstupu.

Optimální rychlost proudění horkého topného média v potrubí je od 0,2 do 0,7 m/s. Při nižší hodnotě se v systému objeví vzduchové kapsy. Tento parametr ovlivňuje materiál výrobku a drsnost vnitřního povrchu trubky.

V otevřených i uzavřených topných okruzích se používají trubky z černé a nerezové oceli, mědi, polypropylenu, polyetylenu různých modifikací, polybutylenu a dalších.

Při rychlosti topného média v doporučeném rozmezí 0,2–0,7 m/s budou v polymerovém potrubí pozorovány tlakové ztráty od 45 do 280 Pa/m, a v ocelových trubkách od 48 do 480 Pa/m.

Vnitřní průměr trubek v úseku (dvn) se určuje na základě velikosti tepelného toku a rozdílu teplot na vstupu a výstupu (∆tco=20 stupňů C pro dvoutrubkovou topnou soustavu) nebo na základě průtoku topného média. K tomu slouží speciální tabulka:

Podle této tabulky lze při znalosti rozdílu teplot mezi vstupem a výstupem a rychlosti proudění snadno určit vnitřní průměr trubky.

Pro výběr okruhu je třeba posoudit jedno- a dvoutrubkové schéma odděleně. V prvním případě se počítá stoupačka s největším počtem zařízení, ve druhém případě zatížený okruh. Délka úseku se bere z plánu provedeného v měřítku.

Provedení přesného hydraulického výpočtu je v silách pouze specialisty příslušného oboru. Existují speciální programy, které umožňují provést všechny výpočty týkající se tepelných a hydraulických charakteristik, které lze použít při navrhování topného systému pro svůj dům.

Výběr oběhového čerpadla

Cílem výpočtu je získat hodnotu tlaku, kterou musí čerpadlo vyvinout pro protlačení vody systémem. K tomu se používá vzorec:

P = Rl + Z

Kde:

• P – tlakové ztráty v potrubí v Pa;
• R – měrný odpor třením v Pa/m;
• l – délka potrubí na výpočtovém úseku v m;
• Z – tlakové ztráty na „úzkých“ místech v Pa.

Tyto výpočty zjednodušují tytéž tabulky podle Ševeljova, ze kterých lze zjistit hodnotu odporu třením, jen 1000i je třeba přepočítat na konkrétní délku potrubí. Pokud je tedy vnitřní průměr potrubí 15 mm, délka úseku 5 m a 1000i = 28,8, pak Rl = 28,8 × 5 / 1000 = 0,144 Bar. Po zjištění hodnot Rl pro každý úsek se tyto sečtou.

Hodnota tlakové ztráty Z pro kotel i radiátory je uvedena v pasportu. Na ostatní odpory odborníci doporučují brát 20 % z Rl, s následným sečtením výsledků za jednotlivé úseky a vynásobením koeficientem 1,3. Výsledkem je požadovaný tlak čerpadla. Výpočet je stejný pro jednotrubkové i dvoutrubkové systémy.

Čerpadlo se instaluje tak, aby jeho hřídel byla ve vodorovné poloze, jinak se nelze vyhnout vzniku vzduchových bublin. Montuje se na americké spojky, aby bylo v případě potřeby snadno demontovatelné.

V případě, kdy se vybírá čerpadlo podle již existujícího kotle, se použije vzorec: Q=N/(t2-t1), kde N je výkon topného zařízení ve W, t2 a t1 jsou teploty topného media na výstupu z kotle a na zpátečce.

Jak vypočítat expanzní nádobu?

Výpočet spočívá v určení velikosti, o kterou se objem topného media zvětší při ohřevu z průměrné pokojové teploty +20 °C na provozní teplotu 50 až 80 °C. Tyto výpočty nejsou jednoduché, ale existuje jiný způsob řešení: odborníci doporučují vybírat nádobu s objemem rovným 1/10 celkového množství kapaliny v systému.

Expanzní nádoba je velmi důležitý prvek systému. Nadbytek topného media, který přijímá v okamžiku jeho expanze, chrání hlavní potrubí a kohouty před protržením.

Tyto údaje lze zjistit z pasportů zařízení, kde je uvedena kapacita vodního pláště kotle a 1 sekce radiatóru. Pak se vypočítá průřez potrubí různých průměrů a vynásobí se odpovídající délkou.

Výsledky se sečtou, přičtou se k nim údaje z pasportů a z celku se vezme 10 %. Pokud celý systém pojme 200 l topného media, je potřeba expanzní nádoba o objemu 20 l.

Kritéria výběru nádoby

Vyrábějí se expanzní nádoby z oceli. Uvnitř se nachází membrána, která rozděluje nádrž na 2 oddíly. První je naplněn plynem a druhý teplonosnou kapalinou. Když teplota stoupne a voda proudí ze systému do nádoby, plyn se pod jejím tlakem stlačuje. Teplonosná kapalina nemůže zabrat celý objem kvůli přítomnosti plynu v nádobě.

Objem expanzních nádob je různý. Tento parametr se volí tak, aby při dosažení špičkového tlaku v systému voda nestoupla nad stanovenou úroveň. Jako ochrana nádoby proti přeplnění je do konstrukce zařazen pojistný ventil. Normální naplnění nádoby je od 60 do 30 %.

Optimálním řešením je provést montáž expanzní nádoby na místě, kde je v systému nejméně ohybů. Nejlepším místem pro ni je přímý úsek před čerpadlem.

Výběr optimálního schématu

Při zařizování vytápění v rodinném domě se používají schémata dvou typů: jedno- a dvoutrubkové. Pokud je porovnáme, poslední jmenované je účinnější. Jejich hlavní rozdíl spočívá ve způsobu připojení radiátorů k potrubí. U dvoutrubkového systému je povinným prvkem schématu vytápění samostatná stoupačka, kterou se ochlazená teplonosná kapalina vrací do kotle.

Montáž jednotrubkového systému je jednodušší a méně nákladná z finančního hlediska. Uzavřený okruh tohoto systému spojuje jak přívodní, tak zpětné potrubí.

Jednotrubkový systém vytápění

V jedno- a dvoupodlažních domech s malou plochou se osvědčilo schéma jednotrubkového topného okruhu uzavřeného typu, které představuje rozvod 1 potrubí a řadu radiátorů k němu připojených sériově.

Někdy se lidově nazývá „leningradka“. Teplonosná kapalina, odevzdávající teplo radiátoru, se vrací do přívodního potrubí a poté prochází dalším radiátorem. Poslední radiátory v pořadí dostávají méně tepla.

Při montáži jednotrubkového systému lze provést 2 varianty pohybu teplonosného média - souběžný a slepý. V prvním případě lze systém vyvážit, ve druhém ne.

Výhodou tohoto schématu je úsporná montáž - materiálu a času se spotřebuje méně než u dvoutrubkového systému. V případě poruchy jednoho radiátoru budou ostatní fungovat normálně při použití bypassu.

Možnosti jednotrubkového schématu jsou omezené - nelze ho spouštět postupně, radiátory se zahřívají nerovnoměrně, proto je třeba k poslednímu v řetězci přidávat sekce. Aby teplonosné médium tak rychle nechladlo, je nutné zvětšit průměr trubek. Doporučuje se připojit maximálně 5 radiátorů pro každé patro.

Jsou známy 2 typy systému: horizontální a vertikální. V jednopatrové budově se horizontální typ otopné soustavy pokládá jak nad, tak pod podlahou. Doporučuje se montovat baterie ve stejné úrovni a horizontální přívodní potrubí s mírným sklonem ve směru pohybu teplonosného média.

Při vertikálním rozvodu voda z kotle stoupá vzhůru po centrální stoupačce, vstupuje do potrubí, rozděluje se do jednotlivých stoupaček a z nich do radiátorů. Po ochlazení klesá kapalina po stejné stoupačce dolů, projde všemi zařízeními, dostane se do zpětného potrubí, odkud ji čerpadlo přečerpává zpět do kotle.

Jednotrubkový vertikální systém zahrnuje hlavní stoupačku a řadu dalších samostatných stoupaček, expanzní nádobu, přívodní potrubí, radiátory, odvzdušňovač, zpětné potrubí, čerpadlo. Častěji se používá systém s posunutými úseky, kde se pro regulaci ohřevu radiátorů používají třícestné ventily.

Po výběru uzavřeného typu topného systému se montáž provádí v následujícím pořadí:

1. Instaluje se kotel. Nejčastěji je pro něj vyhrazeno místo v suterénu nebo v prvním patře domu.
2. Ke vstupním a výstupním hrdlům kotle se připojí trubky, které se rozvedou po obvodu všech místností. Spoje se volí v závislosti na materiálu hlavních potrubí.
3. Instaluje se expanzní nádoba, umístěná v nejvyšším bodě. Současně se montuje bezpečnostní skupina, připojená k hlavnímu potrubí přes T-kus. Provádí se upevnění vertikální hlavní stoupačky a připojení k nádobě.
4. Provádí se montáž radiátorů s instalací Mayevského ventilů. Nejlepší varianta: obtok a 2 uzavírací ventily – jeden na vstupu, druhý na výstupu.
5. Provádí se instalace čerpadla na úsek, kde do kotle vstupuje ochlazené teplonosné médium, přičemž se před místo jeho montáže předem nainstaluje filtr. Rotor je umístěn přesně vodorovně.

Někteří odborníci instalují čerpadlo s obtokem, aby nebylo nutné vypouštět vodu ze systému v případě opravy nebo výměny zařízení.

Po montáži všech prvků se otevře ventil, naplní se potrubí teplonosným médiem a odstraní se vzduch. Úplnost odstranění vzduchu se zkontroluje odšroubováním šroubu na krytu tělesa čerpadla. Pokud z něj vyteče kapalina, znamená to, že zařízení lze spustit, přičemž se nejprve utáhne dříve odšroubovaný středový šroub.

S osvědčenými schématy jednotrubkových topných systémů a variantami uspořádání se můžete seznámit v jiném článku našeho webu.

Dvoutrubkový systém vytápění

Stejně jako v případě jednotrubkového systému existuje horizontální a vertikální rozvod, ale zde je jak přívodní, tak zpětné potrubí. Všechny radiátory se zahřívají stejně. Jeden typ se od druhého liší tím, že v prvním případě je jedna společná stoupačka a k ní jsou připojena všechna topná tělesa.

Dvoutrubková schémata se nejčastěji vyskytují ve vícepodlažní výstavbě, kdy je potřeba, aby jeden kotel účinně vytopil celou budovu.

Vertikální schéma počítá s připojením radiátorů ke svislé stoupačce. Jeho výhodou je, že ve vícepodlažním domě je každé patro připojeno ke stoupačce individuálně.

Zvláštností dvoutrubkového schématu je přítomnost potrubí přivedených ke každému radiátoru: jednoho přívodního a druhého zpětného. Pro připojení topných těles existují 2 schémata. Jedním z nich je kolektorové, kdy od kolektorů k radiátoru vedou 2 trubky.

Schéma se vyznačuje složitou montáží, vysokou spotřebou materiálu, zato v každé místnosti lze regulovat teplotu.

Druhé – paralelní schéma je jednodušší. Stoupačky jsou instalovány po obvodu domu, jsou k nim připojeny radiátory. Po celém patře vede ležaté potrubí a stoupačky jsou s ním spojeny.

Součástmi takového systému jsou:

• kotel;
• pojistný ventil;
• manometr;
• automatický odvzdušňovač;
• termostatický ventil;
• radiátory;
• čerpadlo;
• filtr;
• vyvažovací zařízení;
• nádrž;
• ventil.

Než začnete s montáží, je třeba vyřešit otázku druhu energetického nosiče. Dále se instaluje kotel v samostatné kotelně nebo ve sklepě. Hlavní je, aby tam byla zajištěno dobré větrání. Instaluje se kolektor, pokud je projektem předpokládán, a čerpadlo. Vedle kotle se montuje regulační a měřicí zařízení.

Ke každému budoucímu radiátoru se přivádí hlavní potrubí, poté se instalují samotné radiátory. Otopná zařízení se zavěšují na speciální konzoly tak, aby k podlaze zbývalo 10-12 cm a od stěn 2-5 cm. Otvory zařízení na vstupu a výstupu se opatřují uzavíracími a regulačními zařízeními.

Proces montáže dvoutrubkového systému se skládá z několika etap. První z nich je instalace kotle. K místům instalace baterií se nejprve přivádějí trubky a teprve poté se montují samotné radiátory.

Po montáži všech uzlů systému se provádí tlaková zkouška. Tím by se měli zabývat profesionálové, protože pouze oni mohou vydat odpovídající dokument.

Podrobně jsou vlastnosti zařízení dvoutrubkového otopného systému popsány zde, v článku jsou uvedeny různé schémata a je provedena jejich analýza.

Závěry a užitečné video k tématu

V tomto videomateriálu je uveden příklad podrobného hydraulického výpočtu 2-trubkového otopného systému uzavřeného typu pro 2-patrový dům v programu VALTEC.PRG:

Zde je podrobně popsáno uspořádání jednotrubkového otopného systému:

Provést montáž uzavřené varianty otopného systému svépomocí je možné, ale bez konzultací odborníků se neobejdete. Zárukou úspěchu je správně provedený projekt a kvalitní materiály.

Máte dotazy ke specifikům zařízení uzavřeného otopného okruhu? Máte informace k tématu, které by zajímaly návštěvníky webu i nás? Napište prosím komentáře do bloku umístěného níže.