Sistem vodnega ogrevanja s prisilno cirkulacijo: sheme, možnosti izvedbe, tehnične podrobnosti

Številne sodobne rešitve vodnega ogrevanja hiš zahtevajo uporabo črpalne skupine. Načrtovanje in montaža ogrevalnega sistema s prisilno cirkulacijo je treba izvesti ob upoštevanju tehničnih vidikov, ki nastanejo zaradi hitrega gibanja toplotnega nosilca.

Visok tlak v ogrevalnem krogu omogoča izvedbo številnih shem razvodov. Strinjajte se, to je pomembna prednost ogrevalnega sistema s prisilno cirkulacijo. Vendar pa ureditev takšne sheme zahteva strokovno načrtovanje.

Povedali vam bomo, po katerih značilnostih se izbirajo glavni delovni sklopi sistema, in podrobno opisali možne variante razvoda glavnega voda ter načine organizacije ogrevalnega kroga.

Tehnične značilnosti glavnih sklopov sistema

Shema s prisilno cirkulacijo se od naravne razlikuje z dodajanjem ene ali več cirkulacijskih črpalk. Zaradi povečanja tlaka in hitrosti gibanja toplotnega nosilca se pravila oblikovanja sklopov in razporeditve elementov kroga spreminjajo.

To dejstvo je treba upoštevati, da bi zagotovili kakovostno ogrevanje s prisilno cirkulacijo.

Splošne zahteve za črpalno skupino

Cirkulacijske črpalke izbiramo na podlagi zahtev glede količine prečrpane vode (kubični meter na uro) in tlačne višine (meter). Izračun obeh parametrov je odvisen od kubature ogrevanega objekta in načina ogrevanja ter od dolžine vodnega kroga in premera njegovih cevi.

Črpalko je treba izbrati tako, da njeni parametri niso popolnoma na meji zahtev sistema. To bo omogočilo, da v primeru potrebe dodate elemente v krog brez zamenjave črpalke.

Črpalke so večinoma zasnovane za napetost 220 V, obstajajo pa tudi take s podporo 12 V. Ob napetostnih konicah je treba namestiti stabilizator, da preprečite okvaro naprave.

V primeru pogostih izpadov električne energije je treba poskrbeti za vir neprekinjenega napajanja. Ni potrebe po močnem UPS-u – za ogrevanje zasebnih hiš se redko uporabljajo naprave s porabo več kot 150 vatov na uro.

Cirkulacijske črpalke lahko okvirno razvrstimo v dve vrsti glede na položaj motorja. Naprave s suhim rotorjem imajo višji izkoristek, vendar imajo višjo raven hrupa in nižjo življenjsko dobo kot tiste z mokrim rotorjem.

Če razvod sistema omogoča naravno gibanje toplotnega nosilca po krogu, je treba črpalko namestiti prek “obvodne cevi”. V tem primeru je ob okvari črpalke ali izpadu električne energije možno preklopiti ogrevanje na način gravitacijske cirkulacije.

Tudi skozi nedelujočo črpalko lahko voda kroži, vendar bo črpalka povzročila močan upor njenemu gibanju.

Izbira modela črpalke za določen ogrevalni sistem se izvaja z določitvijo delovne točke in njenega ujemanja z zahtevanimi vrednostmi pretoka toplotnega nosilca (+).

Problem zaustavitve črpalke je še posebej pereč pri uporabi peči ali kaminov. V tem primeru bo peč še naprej grela toplotni izmenjevalec, kar lahko povzroči vrenje vode v njem in dolgotrajno okvaro celotnega sistema.

Bolje je izvesti montažo črpalke na povratni cevi, saj bo nižja temperatura vode podaljšala njeno življenjsko dobo. Če črpalke ni mogoče namestiti drugje kot na cev, ki prihaja iz kotla, je treba uporabiti črpalko s keramičnimi tesnili.

Čeprav prenesejo temperature do 110 °C, lahko ob vrenju sistema tudi pri njih pride do težav pri delovanju.

Z namestitvijo črpalke v krog prek obvoda lahko dosežemo ne le normalne pogoje delovanja po načelu naravnega kroženja, temveč tudi možnost odstranitve črpalke brez izpusta vode.

Koristne informacije o izbiri obtočnih črpalk za ogrevalni sistem so navedene v člankih:

1. Izbira obtočne črpalke: naprava, vrste in pravila izbire črpalke za ogrevanje
2. Cirkulacijska črpalka za ogrevanje: deset najboljših modelov in nasveti za kupce

Podrobnosti izbire kotlov in peči

Uporaba električnih in plinskih kotlov ter peči na dolgo gorenje kot generatorjev toplote je privlačna z vidika enostavnosti nadzora dovoda toplote prek toplotnega izmenjevalnika.

Uporaba trdnogorivnih peči, zlasti samogradnih konstrukcij, lahko povzroči nezadostno ali prekomerno oddajanje toplote. Vendar je njihova uporaba pogosto upravičena z vidika nizkih stroškov in razpoložljivosti goriva.

Zdaj je na voljo veliko modelov električnih in plinskih kotlov z integrirano črpalko. Po eni strani je vgrajen sistem kroženja prilagojen moči kotla in omogoča, da se ni treba ukvarjati z nakupom in namestitvijo ločene črpalke. Po drugi strani pa v primeru okvare vgrajene črpalke ne bo tako enostavno popraviti ali zamenjati kot ločene.

Električni kotel z vgrajeno črpalko je že pripravljena in kompaktna rešitev za vključitev v shemo s prisilnim kroženjem.

Zahteve za kotel pri uporabi prisilnega kroženja so enake kot pri naravnem:

• Izračun moči kotla – kazalnik mora zadostiti potrebam ogrevanja hiše v najzahtevnejših pogojih za določeno območje. Priporočljivo je imeti majhno rezervo moči (10-20 %) zaradi morebitnih višjih sil, ki se lahko pojavijo v ogrevalnem sistemu.
• Preprečevanje vrenja toplotnega nosilca v toplotnem izmenjevalniku. To zahtevo je pri uporabi kombinacije “peč – črpalka” lažje izpolniti kot pri gravitacijskem modelu gibanja tekočine.

Za preprečevanje vrenja vode v toplotnem izmenjevalniku kotla je dovolj, da nastavimo regulacijo moči glede na temperaturo izhodne tekočine. Ta način deluje pri kateri koli vrsti kroženja.

Krmilna enota za način delovanja trdnogorivnega kotla vključuje funkcijo zagona črpalke ob dosegu kritičnih temperatur na izhodu iz toplotnega izmenjevalnika.

Pri pečeh z naravno cirkulacijo ni mogoče preprečiti vrenja hladilnega sredstva v primeru prekomerne količine naloženega goriva. Edina možnost ob prisotnosti črpalke je povečanje količine tekočine, ki se pretaka skozi izmenjevalnik toplote.

Poleg tega je takšen protiavarniški sistem mogoče narediti avtomatskega z uporabo termostata in bloka za regulacijo hitrosti črpalke.

Montaža in preverjanje vodnega kroga

Pri shemi ogrevanja s prisilno cirkulacijo bodo hitrosti vode višje kot pri gravitacijskem modelu. Zato je mogoče uporabiti manjši premer cevi pri enakih parametrih ogrevanja stavbe. To zniža stroške vodnega ogrevanja v delu stroškov za cevi, fittinge in armature.

Poleg tega je elemente kroga z manjšim premerom lažje skriti v tehnične niše ali vključiti v notranjost prostorov.

V primerjavi z naravno cirkulacijo se hidrostatičnemu tlaku stolpca tekočine doda povečan hidrodinamični tlak toka. Zato se je treba, da bi se izognili puščanju ali celo pretrgu sistema, držati določenih pravil.

Pri prehodu z gravitacijske cirkulacije na prisilno je treba odpraviti vsa, tudi manjša puščanja v krogu. S povečanjem tlaka se bo hitrost pretoka povečala, kar bo poleg težave v prostoru povzročilo zmanjšanje količine hladilnega sredstva in njegovo prekomerno aeracijo (nasičenje z zrakom).

Pred nastopom ogrevalne sezone je treba izvesti hidravlične preizkuse trdnosti kroga z največjim uporabljenim ali celo nekoliko višjim tlakom. To bo omogočilo odkrivanje težav in njihovo odpravo pred nastopom mraza, ko je dolgotrajna zaustavitev ogrevanja zaradi popravil nezaželena.

Puščanje ogrevalnih radiatorjev se lahko zgodi na najbolj nepričakovanih mestih in odprava težave bo vzela veliko časa, zato je bolje preveriti celovitost sistema vnaprej.

Ker bo hitrost gibanja toplotnega nosilca večja od 0,25 m/s, v skladu s SNiP 41-01-2003 ni potrebno vzdrževati stalnega naklona cevi za odstranjevanje zraka iz kroga. Zato je pri prisilni cirkulaciji namestitev cevi in radiatorjev nekoliko enostavnejša kot pri gravitacijski shemi.

Variante ogrevanja s prisilno cirkulacijo

Uporaba prisilne cirkulacije omogoča odmik od načela načrtovanja razvoda z obveznim upoštevanjem razlike hidrostatičnega tlaka, ki je potrebna za delovanje pri gravitacijski shemi.

To dodaja variabilnost pri modeliranju geometrije vodnega kroga in omogoča uporabo rešitev, kot so kolektorsko ogrevanje ali talno ogrevanje velike površine.

Uporaba zgornjega in spodnjega razvoda

Vsako ogrevalno shemo lahko okvirno uvrstimo med zgornji ali spodnji razvod. Pri zgornjem razvodu se vroča voda dvigne nad grelne naprave, nato pa ob teku navzdol ogreva radiatorje. Pri spodnjem razvodu se vroča voda dovaja od spodaj. Vsaka možnost ima svoje pozitivne strani.

Zgornji razvod se uporablja tudi pri naravni cirkulaciji. Zato ogrevalni krogi tega tipa omogočajo uporabo obeh vrst cirkulacije. To, prvič, ponuja možnost izbire, in drugič, povečuje zanesljivost sistema.

V primeru izpada elektrike ali okvare črpalke se bo gibanje vode v krogu nadaljevalo, čeprav z manjšo hitrostjo.

Dober tlak omogoča izbiro med zgornjim in spodnjim razvodom ob upoštevanju udobja pri vodenju cevi, ki dovajajo toplotni nosilec do radiatorjev (+)

Pri uporabi spodnjega razvoda je skupna dolžina cevi manjša, kar zmanjša stroške izdelave sistema. Poleg tega ni potrebe po polaganju dvižnih vodov v zgornjem nadstropju, kar je dobro z vidika oblikovanja prostorov. Spodnjo cev za dovod vroče vode polagamo v kleti ali na ravni tal prvega nadstropja.

Različice enocevnih shem priključitve

Enocevna shema uporablja isto cev za dovod vroče vode do radiatorjev in odvod hladne vode nazaj v grelni kotel. Pri tem razvodu se dolžina uporabljenih cevi skoraj prepolovi, zmanjša pa se tudi število okov in zaporne armature.

Vendar se radiatorji segrevajo zaporedno, zato je treba pri izračunu števila členov upoštevati postopno zniževanje temperature dovajanega toplotnega nosilca.

Zaporedna priključitev radiatorjev z uporabo ene cevi za dovod toplotnega nosilca se pogosto uporablja v sodobnih hišah za zmanjšanje stroškov materiala in poenostavitev montažnih del

Enocevne sheme so lahko izvedene v vodoravni in navpični različici. Pri prisilni cirkulaciji, v primeru uporabe navpičnih dvižnih vodov, je možno dovajati toplo vodo ne le od zgoraj, ampak tudi od spodaj.

Smiselnost uporabe ene ali druge možnosti ni odvisna le od priročnosti polaganja cevi, ampak tudi od največjega dovoljenega števila radiatorjev na enem dvižnem vodu enocevnega tokokroga.

Radiatorje ogrevanja je mogoče priključiti na dva načina:

• Zaporedna priključitev – toplotni nosilec teče skozi vse radiatorje. V tem primeru je potrebno minimalno število cevi, vendar bo v primeru potrebe po izklopu enega od radiatorjev treba ustaviti celotno vejo sistema.
• Priključitev prek obvodne cevi (bypass) – toplotni nosilec lahko teče mimo radiatorja po nameščenem odcepu. S pomočjo sistema ventilov je mogoče preusmeriti tok mimo radiatorja, kar omogoča njegovo popravilo ali demontažo brez zaustavitve ogrevanja.

Enocevna shema se pogosto uporablja pri ogrevanju, vendar se v primeru velikega števila radiatorjev za njihovo enakomerno ogrevanje uporabi druga možnost.

Enocevne sheme imajo pri prisilni cirkulaciji številne možnosti izvedbe, zato je izbira ustrezne rešitve za določeno geometrijo prostorov dovolj enostavna (+)

Načini uporabe dvocevne variante

Shemo ogrevalnega tokokroga z uporabo druge cevi za odvod ohlajene vode nazaj do kotla imenujemo dvocevni sistem. Dolžina cevi se poveča, prav tako število priključkov in naprav.

Vendar ima sistem pomembno prednost – do vsakega radiatorja se dovaja toplotni nosilec enake temperature. Zaradi tega je dvocevna možnost zelo privlačna.

Pri vodnem ogrevanju s prisilno cirkulacijo se uporabljata tako vodoravna kot navpična razvrstitev cevi. Pri navpični različici je možna uporaba zgornjega in spodnjega dovoda tople vode.

Dvocevna shema dovoda in odvoda vode v povezavi z diagonalno priključitvijo radiatorja zagotavlja maksimalno oddajanje toplote v prostor

Ker je temperatura dovedene vode do vseh radiatorjev enaka, je geometrija tokokrogov odvisna le od naslednjih dejavnikov:

• prihranek materialov – minimizacija dolžine cevi in števila priključkov;
• enostavnostjo poteka tokokroga ogrevanja skozi stene in strope;
• estetska privlačnost – možnostjo vključitve ogrevalnih elementov v notranjost prostorov.

Glede na gibanje topic in ohlajene vode dvocevne sheme delimo na dve vrsti:

1. Sopotne. Gibanje v obeh ceveh poteka v isti smeri. Krog kroženja toplotnega nosilca ima enako dolžino za vse radiatorje v tem delu sistema, zato je hitrost segrevanja enaka.
2. Slepe. Pri sopotni shemi se radiatorji, nameščeni bližje kotlu, segrevajo hitreje. Vendar za sisteme s prisilnim kroženjem to ni zelo pomembno zaradi velike hitrosti vode v krogu.

Pri izbiri med sopotno in slepo varianto se upošteva pogoj udobja polaganja povratne cevi. Pri vertikalnih shemah s spodnjo razdelitvijo dobimo slepi sistem, pri zgornji pa sopotni.

Uporaba razdelilnega kolektorja ogrevanja

Še en priljubljen način organizacije ogrevanja je ustvarjanje kolektorske sheme. Do neke mere lahko to shemo imenujemo podvrsta dvocevne, čeprav se uporablja tudi pri organizaciji enocevnih ogrevalnih krogov.

Le razporeditev vročega toplotnega nosilca in zbiranje ohlajenega ne poteka iz glavnega dvižnega voda, temveč iz posebnih razdelilnih vozlišč – kolektorjev. Tak sistem stabilno deluje le z uporabo prisilnega kroženja.

Radialna razdelitev v primerjavi z dvocevno zahteva prisotnost kolektorja, večje skupne dolžine cevi, števila spojk in zaporne armature.

Razdelilno vozlišče za dvocevni sistem predstavlja zapleteno kombinacijo dovodnega in povratnega kolektorja, s pomočjo katerih poteka uravnoteženo dovajanje toplotnega nosilca po temperaturi in tlaku.

Vsaka veja naprave napaja en ogrevalni element ali njihovo manjšo skupino. Veje so praviloma nameščene pod tlemi, vsako nadstropje večnadstropne stavbe oskrbuje en kolektor, nameščen v središču.

Kljub očitnim prednostim takšnega načina organizacije ogrevanja ima kolektorski sistem dve pomembni pomanjkljivosti:

• največja dolžina cevovodov, zato ta način organizacije vodnega kroga zahteva precejšnje denarne vložke;
• zahtevnost spreminjanja kroga – cevi so pri takšni varianti običajno nameščene pod tlemi ali v stenah, zato bo v primeru dodajanja ogrevalnih naprav zelo težko vnesti kakršnekoli popravke.

Vse kolektorje praviloma namestijo v posebno omarico, ker je zaporna armatura nameščena tam in je potreben dostop do nje. Namestitev pip na enem mestu je zelo priročna.

V primeru potrebe po vklopu ali izklopu radiatorjev ali ob nastanku izrednega dogodka je dovolj imeti dostop do omarice in ni treba obiskovati vseh prostorov.

Razdelilni kolektorji imajo lahko preprosto strukturo, sestavljeno iz dveh glavnikov in minimalnega števila zapornih armatur. Zapletena vozlišča lahko vključujejo tudi avtomatske termostate, elektronske ventile, mešalnike, avtomatske odzračevalne naprave, senzorje in krmilne enote, ventil za izpust vode, ločeno obtočno črpalko.

Ti sistemi lahko najbolj natančno uravnavajo temperaturo v hiši, vendar zahtevajo dobro poznavanje osnov in podrobnosti delovanja vodnega ogrevanja.

Ogrevanje s pomočjo talnega ogrevanja

Eden najbolj udobnih načinov ogrevanja je organizacija talnega gretja. Opozoriti je treba, da je montaža tega načina ogrevanja dnevnih sob, kopalnic, kuhinj in drugih prostorov precej zahtevna.

Vodno talno ogrevanje velike površine je mogoče le z organizacijo prisilnega kroženja, saj je treba ustvariti tlak v dolgem sistemu ozkih cevi.

Tlak je potreben za premagovanje upora ozkih cevi s številnimi krivinami. Poleg tega je treba doseči nadtlak, ki omogoča odstranjevanje zraka iz cevi talnega gretja, ki so položene vodoravno.

Obstaja veliko kombinacij polaganja cevi:

• za majhne prostore se uporabljajo sheme z enim vhodom za vročo vodo in izhodom za ohlajeno vodo;
• za velike prostore se organizirajo bolj zapleteni sistemi talnega ogrevanja z uporabo razdelilnega kolektorja.

Pogosto se za dele vezja s talnim ogrevanjem namestijo ločene obtočne črpalke.

Uporaba kolektorja je upravičena za velike površine talnega ogrevanja, ko izračuni pokažejo, da ena cev morda ne bo zmogla ogrevanja.

Zaključki in koristen video na to temo

Podroben opis dvocevne in precej zapletene sheme ogrevanja dvoetažne hiše:

Sistem zaprtega tipa za trietažno hišo na osnovi plinskega kotla:

Uporaba črpalk pri vodnem ogrevanju prostorov močno olajša načrtovanje kroga, saj omogoča možnosti, ki gravitacijskemu modelu niso na voljo. Pravilna izbira opreme bo omogočila rešitev ogrevanja bivališča, s čimer bo ta postopek postal udoben in preprost.

Imate kaj dodati ali imate vprašanja glede organizacije ogrevalnega sistema s prisilnim kroženjem? Prosimo, pustite komentarje k objavi in sodelujte v razpravah. Obrazec za stik se nahaja v spodnjem bloku.