Sustav vodenog grijanja s prisilnom cirkulacijom: sheme, varijante realizacije, tehničke nijanse

Mnoga suvremena rješenja vodenog grijanja kuća zahtijevaju korištenje crpne skupine. Projektiranje i montaža sustava grijanja s prisilnom cirkulacijom moraju se provoditi uzimajući u obzir tehničke aspekte koji nastaju zbog brzog kretanja nosača topline.

Visoki tlak u krugu grijanja omogućuje realizaciju mnogih shema raspodjele. Složite se, to je važna prednost sustava grijanja s prisilnom cirkulacijom. Međutim, uređenje takve sheme zahtijeva kvalitetno projektiranje.

Reći ćemo vam po kojim se karakteristikama odabiru glavni radni sklopovi sustava, te ćemo detaljno opisati moguće varijante raspodjele magistrale i načine organizacije kruga grijanja.

Tehničke značajke glavnih sklopova sustava

Shema s prisilnom cirkulacijom razlikuje se od prirodne dodavanjem jednog ili više cirkulacijskih crpki. Zbog povećanja tlaka i brzine kretanja nosača topline, pravila formiranja sklopova i rasporeda elemenata kruga se mijenjaju.

Tu činjenicu potrebno je uzeti u obzir kako bi se osiguralo kvalitetno grijanje s prisilnom cirkulacijom.

Opći zahtjevi za crpnu skupinu

Cirkulacijske pumpe odabiru se na temelju zahtjeva za volumenom vode koja se pumpa (metar kubni na sat) i visine dobave (metar). Proračun oba parametra ovisi o kubaturi grijanog prostora i načinu grijanja, te duljini vodenog kruga i promjeru njegovih cijevi.

Pumpu treba odabrati tako da njezini parametri nisu “na rubu” zahtjeva sustava. To će omogućiti dodavanje elemenata u krug ako je potrebno bez zamjene pumpe.

Uglavnom su pumpe predviđene za napon od 220 Volti, ali postoje i one s podrškom za 12 Volti. Kod naponskih skokova potrebno je postaviti stabilizator kako bi se spriječio kvar uređaja.

U slučaju čestih nestanka struje potrebno je osigurati izvor neprekidnog napajanja. Nema potrebe za snažnim UPS-om – za grijanje privatnih kuća rijetko se koriste uređaji s potrošnjom većom od 150 W na sat.

Uvjetno se cirkulacijske pumpe mogu podijeliti u dvije vrste prema položaju motora. Uređaji sa suhim rotorom imaju veću učinkovitost, ali imaju višu razinu buke i niži radni vijek od onih s mokrim rotorom.

Ako razvod sustava omogućuje prirodno kretanje medija za grijanje kroz krug, pumpu treba montirati preko “bajpasa”. U tom slučaju, u slučaju kvara ili nestanka struje, moguće je prebaciti grijanje na način gravitacijske cirkulacije.

Kroz pumpu koja ne radi voda se također može kretati, ali će stvoriti snažan otpor njezinom kretanju.

Odabir modela pumpe za određeni sustav grijanja provodi se određivanjem radne točke i njezinom usklađenošću s potrebnim vrijednostima protoka medija za grijanje (+)

Problem zaustavljanja pumpe posebno je aktualan kod korištenja grijanja na peć ili kamin. U tom slučaju peć će nastaviti grijati izmjenjivač topline i može doći do vrenja vode u njemu te dugotrajnog kvara cijelog sustava.

Bolje je izvršiti montažu pumpe na povratnoj cijevi jer će niža temperatura vode produljiti njezin vijek trajanja. Ako nije moguće ugraditi pumpu na drugom mjestu osim na cijevi koja izlazi iz kotla, tada treba koristiti pumpu s keramičkim brtvama.

Iako podnose temperature do 110°C, pri ključanju sustava i kod njih mogu nastati problemi u funkcioniranju.

Ugradnjom pumpe u krug kroz bypass može se postići ne samo normalni uvjeti rada po principu prirodne cirkulacije, već i mogućnost skidanja pumpe bez ispuštanja vode.

Korisne informacije o odabiru cirkulacijskih pumpi za sustav grijanja navedene su u člancima:

1. Odabir cirkulacijske pumpe: uređaj, vrste i pravila odabira pumpe za grijanje
2. Cirkulacijska pumpa za grijanje: deset najboljih modela i savjeti kupcima

Posebnosti odabira kotlova i peći

Primjena električnih i plinskih kotlova, peći s dugim gorenjem kao generatora topline privlačna je s aspekta jednostavnosti kontrole ulaza topline kroz izmjenjivač topline.

Primjena peći na kruto gorivo, posebno samogradnih konstrukcija, može rezultirati nedovoljnim ili prekomjernim oslobađanjem topline. Međutim, njihova upotreba često je opravdana s aspekta niske cijene i dostupnosti goriva.

Trenutno je dostupno mnogo modela električnih i plinskih kotlova s integriranom pumpom. S jedne strane, ugrađeni cirkulacijski sustav usklađen je sa snagom kotla i omogućuje izbjegavanje kupnje i ugradnje zasebne pumpe. S druge strane, u slučaju kvara ugrađene pumpe, nije je tako jednostavno popraviti ili zamijeniti kao zasebnu.

Električni kotao s integriranom pumpom predstavlja gotovo i kompaktno rješenje za uključivanje u shemu s prisilnom cirkulacijom

Zahtjevi za kotao pri korištenju prisilne cirkulacije isti su kao i kod prirodne:

• Izračun snage kotla – pokazatelj mora zadovoljiti potrebe grijanja kuće u najtežim uvjetima za određeno područje. Poželjno je imati malu rezervu snage (10-20%) zbog mogućih viših sila koje se mogu pojaviti u sustavu grijanja.
• Spriječavanje ključanja medija za prijenos topline u izmjenjivaču topline. Ovaj zahtjev pri korištenju kombinacije “peć – pumpa” lakše je ispuniti nego kod gravitacijskog modela kretanja tekućine.

Za sprječavanje ključanja vode u izmjenjivaču topline kotla dovoljno je postaviti regulaciju snage ovisno o temperaturi izlazne tekućine. Ova metoda djeluje kod bilo koje vrste cirkulacije.

Upravljačka jedinica načina rada kotla na kruto gorivo uključuje funkciju pokretanja pumpe pri postizanju kritičnih temperatura na izlazu iz izmjenjivača topline

Za peći s prirodnom cirkulacijom nije moguće spriječiti ključanje toplinskog medija u slučaju prekomjerne količine utovarenog goriva. Jedina mogućnost uz prisutnost pumpe jest povećanje volumena tekućine koja se propušta kroz izmjenjivač topline.

Štoviše, takav protuavarijski sustav može se učiniti automatskim upotrebom termostata i bloka za regulaciju brzine pumpe.

Montaža i provjera vodenog kruga

Kod sheme grijanja s prisilnom cirkulacijom bit će veće brzine kretanja vode nego u gravitacijskom modelu. Stoga se može koristiti manji promjer cijevi uz iste parametre grijanja zgrade. To smanjuje troškove vodenog grijanja u dijelu troškova za cijevi, spojnice i armature.

Osim toga, elemente kruga manjeg promjera lakše je sakriti u tehničke niše ili uklopiti u interijer prostorija.

U usporedbi s prirodnom cirkulacijom, hidrostatskom tlaku stupca tekućine dodaje se povećani hidrodinamički tlak protoka. Stoga je kako bi se izbjeglo stvaranje propuštanja ili, štoviše, pucanje sustava, potrebno pridržavati se nekih pravila.

U slučaju prijelaza s gravitacijske cirkulacije na prisilnu potrebno je ukloniti sva, čak i neznatna propuštanja u krugu. S povećanjem tlaka brzina istjecanja će porasti, što će osim problema u prostoriji uzrokovati smanjenje količine toplinskog medija i njegovu prekomjernu aeraciju (zasićenje zrakom).

Prije početka razdoblja grijanja potrebno je provesti hidraulička ispitivanja čvrstoće kruga s maksimalno korištenim ili čak nešto višim tlakom. To će omogućiti otkrivanje problema i njihovo uklanjanje prije nastupa hladnoće, kada je dugotrajno zaustavljanje grijanja radi popravka nepoželjno.

Propuštanje radijatora grijanja može se dogoditi na najneočekivanijim mjestima i uklanjanje problema će oduzeti puno vremena, stoga je bolje provjeriti cjelovitost sustava unaprijed.

Budući da će brzina kretanja toplinskog nosioca biti veća od 0,25 m/s, prema SNiP 41-01-2003 nije potrebno održavati stalni nagib cijevi za uklanjanje zraka iz kruga. Stoga je kod prisilne cirkulacije montaža cijevi i radijatora nešto jednostavnija nego kod gravitacijske sheme.

Mogućnosti grijanja s prisilnom cirkulacijom

Primjena prisilne cirkulacije omogućuje odstupanje od načela projektiranja razvoda s obveznim uvažavanjem razlike hidrostatskog tlaka, koja je potrebna za funkcioniranje kod gravitacijske sheme.

To dodaje varijabilnost pri modeliranju geometrije vodenog kruga i omogućuje korištenje rješenja poput kolektorskog grijanja ili podnog grijanja velike površine.

Primjena gornje i donje raspodjele

Bilo koja shema grijanja može se uvjetno svrstati u gornji ili donji razvod. Kod gornjeg razvoda vruća voda se podiže iznad uređaja za grijanje, a zatim, slijevajući se prema dolje, zagrijava radijatore. Kod donjeg – vruća voda se dovodi odozdo. Svaka varijanta ima svoje pozitivne strane.

Gornji razvod također se primjenjuje kod prirodne cirkulacije. Stoga krugovi grijanja takvog tipa omogućuju korištenje obje vrste cirkulacije. To, kao prvo, pruža mogućnost izbora, a kao drugo, povećava pouzdanost sustava.

U slučaju nestanka struje ili kvara pumpe, kretanje vode kroz krug nastavit će se, iako s manjom brzinom.

Dobar tlak omogućuje izbor između gornjeg i donjeg razvoda, uzimajući u obzir pogodnost provođenja cijevi koje dovode toplinski medij do radijatora (+)

Korištenjem donjeg razvoda ukupna duljina cijevi je manja, što smanjuje troškove izrade sustava. Osim toga, nema potrebe za polaganjem uspona na gornjem katu, što je dobro s gledišta dizajna prostorija. Donja cijev koja dovodi vruću vodu polaže se ili u podrumu ili na razini poda prizemlja.

Različite vrste jednocijevnih shema spajanja

Jednocijevna shema koristi istu cijev za dovod vruće vode do radijatora i odvod hladne do kotla za grijanje. Kod takvog razvoda gotovo se prepolovljuje duljina korištenih cijevi, smanjuje se broj fitingsa i zapornih ventila.

Međutim, zagrijavanje radijatora odvija se sekvencijalno, stoga pri izračunavanju broja sekcija treba uzeti u obzir postupno smanjenje temperature dovedenog toplinskog medija.

Sekvencijalno priključenje radijatora korištenjem jedne cijevi za dovod toplinskog medija često se primjenjuje u modernim kućama radi minimizacije troškova materijala i pojednostavnjenja montažnih radova

Jednocijevne sheme mogu se realizirati u horizontalnoj i vertikalnoj varijanti. Kod prisilne cirkulacije, u slučaju korištenja vertikalnih uspona, moguće je dovoditi toplu vodu ne samo odozgo, već i odozdo.

Opravdanost korištenja jedne ili druge varijante ovisi ne samo o pogodnosti provođenja cijevi, već i o maksimalno dopuštenom broju radijatora na jednom usponu jednocijevnog kruga.

Radijatore grijanja moguće je spojiti na dva načina:

• Serijsko spajanje – toplinski medij prolazi kroz sve radijatore. U ovom slučaju potrebna je minimalna količina cijevi, međutim, ako je potrebno isključiti jedan od radijatora, morat će se zaustaviti cijela grana sustava.
• Spajanje preko premosnika – toplinski medij može protjecati mimo radijatora kroz instalirani odvod. Pomoću sustava ventila moguće je preusmjeriti tok pored radijatora, što omogućuje njegov popravak ili demontažu bez zaustavljanja grijanja.

Jednocijevna shema često se koristi kod grijanja, međutim, u slučaju velikog broja radijatora, za njihovo ravnomjerno zagrijavanje primjenjuje se druga varijanta.

Jednocijevne sheme imaju brojne varijante realizacije kod prisilne cirkulacije, stoga je odabrati prikladno rješenje za specifičnu geometriju prostorija prilično lako (+)

Načini primjene dvocijevne varijante

Shemu kruga grijanja s upotrebom druge cijevi za odvođenje ohlađene vode na kotao nazivamo dvocijevnim sustavom. Duljina cijevi se povećava, kao i broj spojeva i uređaja.

Međutim, sustav ima važnu prednost – svakom radijatoru se dovodi toplinski medij iste temperature. To čini dvocijevnu varijantu vrlo privlačnom.

Kod vodenog grijanja s prisilnom cirkulacijom koristi se i horizontalni i vertikalni razvod. Pritom je kod vertikalne varijante moguća primjena gornjeg i donjeg dovoda tople vode.

Dvocijevna shema dovoda i odvoda vode u kombinaciji s dijagonalnim spajanjem radijatora daje maksimalnu predaju topline u prostoriju

Budući da je temperatura dovedene vode na sve radijatore ista, geometrija krugova ovisi samo o sljedećim čimbenicima:

• Ušteda materijala – minimiziranje duljine cijevi i broja spojeva;
• Lakoćom provođenja kruga grijanja kroz zidove i stropove;
• Estetska privlačnost – mogućnost uklapanja elemenata grijanja u interijer prostorija.

Ovisno o kretanju tople i ohlađene vode, dvocijevne sheme se dijele na dva tipa:

1. Paralelni. Kretanje u obje cijevi odvija se u istom smjeru. Ciklus cirkulacije toplinskog medija ima istu duljinu za sve radijatore u ovom dijelu sustava, stoga je brzina njihovog zagrijavanja jednaka.
2. Slijepi. U paralelnoj shemi radijatori smješteni bliže kotlu zagrijavaju se brže. Međutim, za sustave s prisilnom cirkulacijom to nije jako važno zbog znatne brzine vode u krugu.

Pri odabiru između paralelnog i slijepog varijante vodi se uvjetom pogodnosti polaganja povratne cijevi. U vertikalnim shemama s donjim razvodom dobiva se slijepi sustav, a s gornjim – paralelni.

Korištenje razdjelnog kolektora grijanja

Još jedan popularan način organizacije grijanja danas je stvaranje kolektorske sheme. U određenoj mjeri ova se shema može smatrati podvrstom dvocijevne, iako se koristi i u organizaciji jednocijevnih krugova grijanja.

Samo se raspodjela vrućeg toplinskog medija i prikupljanje ohlađenog ne odvija s glavnog uspona, već s posebnih razdjelnih čvornih uređaja – kolektora. Takav sustav stabilno radi samo uz primjenu prisilne cirkulacije.

Radijalni razvod u usporedbi s dvocijevnim zahtijeva prisutnost kolektora, veće ukupne duljine cijevi, količine fittinga i zapornog ventila.

Razdjelni čvor za dvocijevni sustav predstavlja složenu kombinaciju dovodnog i povratnog kolektora, pomoću kojih se ostvaruje uravnotežena opskrba toplinskim medijem po temperaturi i tlaku.

Svaka grana uređaja opskrbljuje jedan element grijanja ili njihovu malu skupinu. Grane su u pravilu smještene ispod poda, svaku etažu višekatne zgrade opslužuje jedan kolektor postavljen u središtu.

Unatoč očitim prednostima takve opcije organizacije grijanja, kolektorski sustav ima dva značajna nedostatka:

• najveća duljina cjevovoda, stoga ova opcija organizacije vodenog kruga zahtijeva znatna financijska ulaganja;
• složenost izmjene kruga – cijevi su kod ove opcije obično smještene ispod poda ili u zidovima, stoga će u slučaju dodavanja uređaja za grijanje biti vrlo teško unijeti bilo kakve korekcije.

Svi kolektori se u pravilu ugrađuju u poseban ormarić, jer se zaporna armatura nalazi na istom mjestu i potreban joj je pristup. Smještaj ventila na jednom mjestu vrlo je praktičan.

U slučaju potrebe uključivanja ili isključivanja radijatora ili nastanka nepredviđene situacije, dovoljno je imati pristup ormariću i nema potrebe obilaziti sve prostorije.

Razdjelni kolektori mogu imati jednostavnu strukturu koja se sastoji od dva razdjelnika i minimalnog broja zapornih armatura. Složeni sklopovi mogu uključivati i automatske termostate, elektronske ventile, miješalice, automatske otvore za ispuštanje zraka, senzore i upravljačke jedinice, ventil za ispuštanje vode, zasebnu cirkulacijsku pumpu.

Ovi sustavi mogu najtočnije podesiti temperatru u kući, ali zahtijevaju dobro razumijevanje osnova i nijansi rada vodenog grijanja.

Grijanje pomoću podnog grijanja

Jednim od najudobnijih načina grijanja smatra se organizacija podnog grijanja. Potrebno je napomenuti da je montaža takve varijante grijanja dnevnih soba, kupaonica, kuhinja i drugih prostorija prilično složena.

Vodeno podno grijanje velike površine moguće je samo uz organizaciju prisilne cirkulacije, jer je potrebno stvoriti tlak u dugom sustavu uskih cijevi.

Tlak je potreban za svladavanje otpora uskih cijevi s mnogo zavoja. Osim toga, potrebno je postići tlak koji omogućuje uklanjanje zraka iz cijevi podnog grijanja koje su postavljene vodoravno.

Postoji veliki broj kombinacija polaganja cijevi:

• za male prostorije primjenjuju se sheme s jednim ulazom za toplu vodu i izlazom za ohlađenu;
• za velike prostorije organiziraju se složeniji sustavi podnog grijanja s korštenjem razdjelnog kolektora.

Često se za dijelove kruga s podnim grijanjem ugrađuju zasebne cirkulacijske pumpe.

Korištenje kolektora opravdano je za velike površine podnog grijanja kada proračuni pokazuju da jedna cijev možda neće moći podnjeti grijanje.

Zaključci i koristan video na temu

Detaljno izlaganje dvocijevne i prilično složene sheme grijanja dvokatne kuće:

Sustav zatvorenog tipa za trokatnu kuću na bazi plinskog kotla:

Korištenje pumpi u vodenom grijanju prostorija značajno olakšava projektiranje kruga, čineći mogućim varijante koje nisu dostupne gravitacijskom modelu. Pravilan odabir opreme omogućit će rješavanje pitanja grijanja doma, čineći taj proces ugodnim i jednostavnim.

Imate li što dodati ili imate pitanja o organizaciji sustava grijanja s prisilnom cirkulacijom? Molimo ostavite komentare na objavu i sudjelujte u raspravama. Obrazac za kontakt nalazi se u donjem bloku.