Co je přirozená cirkulace?

Hlavním prvkem jednotrubkového vytápění je chladicí kapalina. Díky cirkulaci chladicí kapaliny je teplo přenášeno topnými trubkami. Cirkulace pracovní tekutiny může být přirozená nebo nucená. Promluvme si o každém z nich podrobně.

Přirozená cirkulace chladicí kapaliny

Přirozená cirkulace zahrnuje pohyb chladicí kapaliny pod vlivem fyzikálních sil. Tento pohyb pracovního média se nazývá samovolný. Toho je dosaženo díky přítomnosti v systému urychlovací sekce, což je malá část potrubí. Poslední opouští kotel svisle nahoru. Prostřednictvím něj stoupá chladicí kapalina ohřívaná zařízením kotle. V horním bodě se potrubí plynule otáčí dolů, odkud se chladicí kapalina začíná pohybovat podél linie se zrychlením.

Důležité! Průměr urychlovací části potrubí musí být větší než průměr hlavního potrubí.

Výhody a nevýhody přirozené cirkulace

Mezi výhody spontánní cirkulace chladicí kapaliny patří:

• energetická nezávislost, když je pohyb prováděn v důsledku přírodních fyzických sil;
• jednoduchost celého systému;
• relativní levnost celé konstrukce, protože neexistují žádné náklady na dodatečné vybavení;
• absence složitých mechanismů.

Nevýhody tohoto systému pohybu chladicí kapaliny podél hlavního vedení jsou mnohem větší:

• nutnost použití potrubí velkého průměru, aby bylo možné kompenzovat hydraulický odpor;
• neschopnost instalovat další zařízení a mechanismy, protože vytvářejí zbytečné překážky pro hlavní pohyb (je možný pouze minimální počet pomocných zařízení);
• potíže vznikají při opravách, protože to vyžaduje úplné vypnutí systému a vypuštění chladicí kapaliny;
• komplexní systém pro výpočet potřebného počtu a průměru potrubí, radiátorů a dalších topných těles, které musí fungovat vyváženě.

Navzdory mnoha nevýhodám tohoto systému pohybu chladicí kapaliny je také žádaný. Jednotrubkové vytápění s přirozeným typem pohybu chladiva je instalováno jak v jednopodlažních budovách, tak v budovách s více podlažími.

Nucený oběh chladicí kapaliny

Nucený oběh se provádí díky instalaci přídavného mechanismu, jako je oběhové čerpadlo. Zařízení poskytuje chladicí kapalině další zrychlení a nevyžaduje, aby na ni působily přírodní síly. Zrychlení bez námahy umožňuje pracovní kapalině překonat hydraulický odpor, který je přítomen v potrubním systému. Čerpadlo lze namontovat na libovolné místo na hlavním potrubí.

Je třeba zvážit! Horká voda může ovlivnit životnost zařízení, protože negativně ovlivňuje pryžové prvky (těsnění, těsnění).

S ohledem na výše uvedenou vlastnost je čerpadlo instalováno v místě zpětného pohybu, kdy se chladicí kapalina vrací do zdroje tepla v ochlazeném stavu. Je také nutné věnovat pozornost skutečnosti, že před čerpacím zařízením musí být čisticí filtr, který ochrání systém před vnikáním závažných nečistot.

Výhody a nevýhody nuceného pohybu chladicí kapaliny

Na rozdíl od přirozené cirkulace má nucený pohyb pracovního prostředí více výhod. Mezi nimi:

• schopnost provádět opravy bez vypouštění vody ze systému a bez zastavení pracovního zařízení;
• schopnost instalovat mnoho dalších jednotek a mechanismů;
• není třeba instalovat potrubí s velkým průměrem, vybavit pomocnou sekci nebo zohlednit úhel sklonu potrubí;
• možnost zvýšení délky dálnice;
• cirkulace chladicí kapaliny rovnoměrným tempem.

S tak působivým počtem pozitivních vlastností se zdá, že nucený oběh nemá žádné nevýhody, ale stále je má.

Negativní aspekty systému nuceného oběhu:

• nutnost připojení k elektřině;
• přítomnost hluku z provozu čerpacího zařízení (u některých modelů);
• vysoké náklady na čerpadlo a přídavná zařízení (ve srovnání s přirozenou cirkulací chladicí kapaliny).

V tomto případě je první nevýhoda snadno kompenzována. Problém nutnosti připojení k elektrické síti je vyřešen instalací elektrického generátoru, který může pracovat v autonomním režimu. Kromě toho existují systémy smíšeného typu, kde v případě potřeby přirozený oběh nahrazuje nucený oběh.

Cirkulace chladicí kapaliny přes hlavní zajišťuje vytápění celého domu. Účinnost pohybu pracovní tekutiny určí, jak teplá bude místnost. Proto je třeba k výběru způsobu cirkulace přistupovat zvlášť opatrně, abyste v zimě nemuseli trpět nedostatkem tepla.

Systém ohřevu vody s přirozenou cirkulací v soukromém nebo venkovském domě vzdáleném od města je řešením, které je žádané v oblastech s nestabilním napájením. Hydraulický systém navíc nevyžaduje finanční investice do elektrického vybavení, které je nepostradatelné při instalaci radiátorového vytápění s chladicí kapalinou dodávanou čerpadlem.

Pro nezávislý výpočet a instalaci je k dispozici energeticky nezávislý topný systém.

Provoz gravitačního systému

Schéma vytápění pro soukromý dům s přirozenou cirkulací má řadu výhod:

• není třeba kupovat drahé vybavení;
• energetická nezávislost (je vybrána vhodná kotlová jednotka);
• instalace je snadná vlastními rukama;
• nenáročná obsluha.

Cirkulace v takovém systému je zajištěna tím, že hustota kapaliny se zahříváním snižuje (stává se lehčí) a během ochlazování se hustota vrací na původní.

V gravitačním provedení není prakticky žádný tlak – výpočty ukazují, že na 10 metrů tlaku vodního sloupce je tlak 1 atmosféra. Hydrostatický tlak v topném systému jednopatrové budovy tedy bude 0,5-0,7 atm a v potrubí dvoupatrové budovy nepřesáhne 1 atm.

Gravitační cirkulace nastává v důsledku expanze a poklesu hustoty ohřátého chladiva – stoupá podél vertikálního zrychlovacího úseku a z horního bodu se pohybuje dolů potrubím namontovaným se sklonem a procházejícím sériově zapojenými topnými zařízeními na cestě zpět do kotle.

K potrubí je připojena expanzní nádrž s gravitačním pohybem vody – nádrž na „přebytečné“ chladivo, které vzniká v důsledku tepelné roztažnosti kapaliny. Vyrovnávací nádrž (membránová nebo otevřená) je namontována v horním bodě okruhu na přívodním potrubí.

Systém gravitačního vytápění může fungovat v kombinaci s:

• S nepřímotopným ohřívačem vody. Pokud je kotel instalován v horní části systému pod expanzní nádobou, bude voda pro teplou užitkovou vodu ohřívána bez použití elektrického zařízení. Pokud taková instalace není možná, je kotel vybaven čerpadlem a je instalován zpětný ventil, který zabrání recirkulaci chladicí kapaliny.
• S vyhřívanou podlahou. Na okruhu uloženém v podlaze je instalováno oběhové čerpadlo. Pokud dojde k dočasnému výpadku proudu, místnost bude nadále vytápěna nástěnným radiátorem.

Typy gravitačních systémů

Při plánování instalace vytápění soukromého domu s přirozenou cirkulací s vlastními rukama se schémata vybírají v souladu s plánovaným výkonem systému a charakteristikami budovy.

Topné okruhy s gravitačním prouděním chladiva se dělí na typy podle různých parametrů:

• podle charakteristik expanzní nádrže (otevřená a uzavřená);
• podle principu připojení otopných těles (jednotrubkové a dvoutrubkové).

Pro určení nejlepší možnosti je nutné provést hydraulické výpočty s přihlédnutím k umístění a průměru potrubí, vzít v úvahu vlastnosti kotelny a tepelné potřeby prostor. Je lepší svěřit výpočet odborníkům, protože i malé nepřesnosti negativně ovlivní účinnost vytápění domu.

uzavřený typ

Uzavřený systém cirkulace chladicí kapaliny bez čerpadla se úspěšně používá pro vytápění jednopatrových a dvoupatrových domů. Funguje následovně:

• když chladicí kapalina expanduje, přebytečná kapalina je vytlačena z topného okruhu;
• kapalina vstupuje do expanzní nádrže membránového typu – jedná se o uzavřenou nádobu s elastickou membránou, která odděluje část určenou pro chladicí kapalinu a část nádrže naplněné vzduchem nebo dusíkem;
• ohřátá kapalina napíná membránu a stlačuje plyn ve druhé sekci nádrže, když se chladicí kapalina ochladí, plyn expanduje a tlačí kapalinu zpět do systému, v důsledku čehož vodní okruh zůstává neustále plný.

Instalace membránové nádrže do gravitačního topného okruhu snižuje riziko koroze kovových prvků systému. V Rusku se však toto řešení používá poměrně zřídka, protože náklady na membránovou nádrž jsou několikrát vyšší než náklady na nákup nebo samostatnou výrobu nádrže otevřeného typu.

Otevřít typ

Princip činnosti je stejný jako u uzavřené verze. Ale v tomto případě je přebytečná chladicí kapalina vytlačena do otevřené nádrže, která je namontována pod stropem místnosti nebo v podkroví.

Otevřená nádrž je nádrž s netěsným víkem, která je vybavena nouzovým přepadem – potrubím vyvedeným mimo půdu do ulice nebo napojeným na kanalizaci.

Mezi nevýhody otevřeného systému patří neustálý přísun kyslíku do chladicí kapaliny, což urychluje korozi kovu, ze kterého jsou prvky obvodu vyrobeny. Dochází také k odvzdušňování potrubí – aby se tomu zabránilo, jsou radiátory namontovány v mírném sklonu a v horní části jsou instalovány automatické odvzdušňovače – kohouty Mayevsky.

Kromě toho se kapalina z nádrže otevřeného typu odpařuje a je nutné pravidelně doplňovat vodu, aby otevřený systém mohl normálně fungovat. Doplňte vodu do nádrže ručně z kbelíku, nebo připojte vodovodní potrubí s ventilem.

Výhodou otevřených nádrží je jejich dostupná cena a schopnost vyrobit nádrž požadovaných rozměrů vlastníma rukama.

Jednotrubkový okruh

Jednotrubkový topný systém s přirozenou cirkulací není efektivní. Není vhodný pro vytápění prostor dvoupatrového domu a používá se v jednopodlažních budovách s malou plochou.

Chladivo prochází svisle nahoru urychlovacím úsekem potrubí a poté vstupuje do potrubí, které vede do vodorovného potrubí spojujícího radiátory topení v sérii. Z vnějšího chladiče se ochlazená chladicí kapalina vrací přímo do kotle.

S tímto schématem pro připojení topných zařízení se teplota radiátorů snižuje se vzdáleností od přívodní stoupačky – to je vážná nevýhoda systému. Pro zvýšení účinnosti se používají bypassy – propojují přívodní potrubí propojkami v místech připojení radiátorů. To přispívá k rovnoměrnějšímu vytápění místností.

Mezi výhody jednotrubkového systému patří jednoduchá konstrukce a minimální finanční náklady na jeho instalaci. Kromě toho není třeba instalovat potrubí pod strop, což zhoršuje interiér místnosti.

Jednotrubkové horizontální schéma, dokonce i s přesnými výpočty, se zřídka ospravedlňuje, pokud nemluvíme o vytápění dvou nebo tří malých místností jednopatrového domu. V ostatních případech se modernizuje přidáním oběhového čerpadla.

Dvoutrubkový okruh

Konstrukční vlastnosti gravitačního dvoutrubkového okruhu:

• Pro přívod a návrat jsou instalovány samostatné trubky;
• přívodní potrubí je připojeno ke každému topnému zařízení samostatným vstupním výstupem;
• Zpětné potrubí je připojeno ke každému topnému zařízení samostatně.

Dvoutrubkový gravitační topný systém pro soukromý dům se liší od jednotrubkového systému tím, že všechny radiátory jsou dodávány s chladicí kapalinou, která neměla čas vychladnout, díky čemuž:

• teplo v domě je distribuováno rovnoměrně;
• není třeba zvyšovat počet sekcí v radiátoru, aby se zlepšilo vytápění;
• je snadnější regulovat teplotu v systému;
• instalace potrubí vyžaduje potrubí menšího průměru než u jednotrubkového okruhu;
• neexistují žádné přísné požadavky na zachování sklonu při instalaci prvků systému – některé odchylky od vypočtených hodnot nejsou kritické.

Dvoutrubkový topný systém s horním a spodním vedením se snadno instaluje a je účinný pro vytápění dvoupatrového domu.

Vlastnosti výpočtu

Výpočet topného systému s přirozenou cirkulací je mnohem obtížnější než příprava návrhu topného systému s nuceným přívodem chladicí kapaliny. Protože v okruhu není žádný tlak, je výkon systému přímo ovlivněn počtem závitů potrubí a úhlem sklonu každého úseku. Nesprávné výpočty nebo chyby instalace ovlivňují funkčnost obvodu.

Při výpočtu okruhu bez čerpadla se bere v úvahu následující:

• minimální přípustný úhel sklonu;
• materiál a průměr potrubí;
• princip přívodu chladicí kapaliny;
• druh chladicí kapaliny.

Doporučený sklon potrubí

Při výpočtech je třeba se spoléhat na stavební předpisy pro topné systémy s gravitační cirkulací (SNiP 41-01-2003 pro gravitační systémy). Pohyb chladicí kapaliny v potrubí je negativně ovlivněn hydraulickým odporem na obtížných místech – v zatáčkách, v zatáčkách atd.

Podle SNiP jsou trubky instalovány se sklonem nejméně 10 mm na 1 metr délky. V opačném případě je systém ohrožen větráním a špatným ohřevem vzdálených radiátorů.

Výběr potrubí

Hydraulická odolnost okruhu, jeho odolnost proti korozi, tepelné parametry a technologie instalace závisí na materiálu potrubí. Seznam požadovaných materiálů obsahuje:

• Ocelové trubky. Cenově dostupný, odolný vůči mechanickému namáhání. Nevýhody: instalují se svařením nebo velkým množstvím tvarovek, trubky jsou náchylné ke korozi a zarůstání.
• Kov-plastové trubky. Vnitřní povrch je dokonale hladký, což zabraňuje růstu usazenin, odolnost proti korozi, nízká hmotnost, odolnost proti tepelné roztažnosti. Nevýhody: vysoká cena, omezená životnost (cca 15 let), nutnost používat navařované fitinky nebo pravidelně dotahovat závitové spojovací prvky.
• Polypropylenové trubky. Uvnitř hladký, odolný (životnost od 25 let), odolný vůči vysokým teplotám. Nevýhody: vysoká cena, instalace pomocí speciálních nástrojů.
• Měděné trubky. Maximální přenos tepla a životnost (přes 100 let), stylový vzhled. Nevýhody: vysoká cena, potřeba pájení při instalaci.

Průměr trubky

Pro výpočet průměru potrubí potřebujete:

1. Proveďte tepelný výpočet prostor a přidejte k výsledku asi 20%.
2. Vypočítejte průřez potrubí na základě poměru tepelného výkonu a vnitřního průřezu potrubí (hodnoty jsou uvedeny v tabulkách SNiP).
3. Vyberte průměr potrubí na základě provedených tepelných výpočtů as ohledem na materiál potrubí. U ocelových trubek je minimální velikost vnitřního průřezu 50 mm.

Pro intenzivnější gravitační proudění se používá následující princip: průměr přívodního potrubí za každou větví by měl být o 1 velikost menší než předchozí. Zpátečku je nutné sestavit s nástavcem.

Výpočet nám tedy umožňuje určit minimální průměr přívodního a vratného potrubí vzhledem k této hodnotě, parametry potrubí v různých úsecích systému jsou určeny podle připraveného diagramu pro jednopodlažní nebo dvoupodlažní; dům.

Druh stáčení

Přirozená cirkulace vody v topném systému závisí na principu dodávání chladicí kapaliny z kotle do topných zařízení. Existují různé kontury se spodním a horním plněním.

Spodní plnění umožňuje vyhnout se instalaci vysokých vertikálních potrubí – komunikace jsou položeny na úrovni podlahy. Tato možnost je vhodná pouze pro jednotrubkové okruhy a bez instalace oběhového čerpadla je považována za neúčinnou.

Horní plnění je nejlepší možností, protože rozvodné potrubí dvoutrubkového systému je umístěno pod stropem a zajišťuje aktivní přívod ohřátého chladicího média do každého radiátoru, ze kterého ochlazená voda proudí do vratného potrubí umístěného podél podlahy. U jednotrubkového systému je také výhodnější plnění vrchním typem.

Dvoutrubkový topný systém s horním plněním

Výběr chladicí kapaliny

Chladicí kapalinou může být voda nebo nemrznoucí kapalina. Pro gravitační systém je vhodnější použít vodu, protože nemrznoucí směs má vyšší hustotu a k jejímu ohřevu je zapotřebí méně tepelné energie – to znamená, že spotřeba paliva je vyšší. Pokud je v systému instalována membránová vyrovnávací nádrž, její objem by měl být větší než objem nádrže chladicí kapaliny, protože nemrznoucí směs expanduje silněji.

Použití „nemrznoucí směsi“ má smysl, pokud je dům v zimě vytápěn nepravidelně s dlouhými přestávkami. Voda by se v tomto případě musela neustále vypouštět, aby při zamrznutí potrubí neprasklo.

Závěr

Konstrukce bezčerpadlového topného systému umožňuje energeticky nezávislý vytápěný dům v případě výpadku proudu. Takový systém se napojuje na topný kotel bez elektrického vybavení pro regulaci výkonu nebo na klasická kamna na tuhá paliva s vodním výměníkem ve spalovací komoře.