Použití kapalných topných systémů v soukromých domech je dnes založeno na několika schématech provozu systému. Jedním z nejspolehlivějších, nejjednodušších a časem prověřených schémat je gravitační topný systém. Na základě zákonů termodynamiky se gravitační vytápění rozšířilo díky malému počtu prvků a jednoduchosti práce, a to jak z hlediska konstrukčních výpočtů, tak praktické instalace. Ale i přes svou zdánlivou jednoduchost je pro správné fungování nutné vzít v úvahu mnoho bodů, o kterých se bude diskutovat v tomto článku.
Princip fungování gravitačního topného systému soukromého domu
Systém gravitačního vytápění soukromého domu je založen na dvou fyzikálních principech. První je, že látky mají různou hustotu při různých teplotách. Druhým je, že tlak v systému vzniká v důsledku rozdílu hladin kapaliny a čím větší je rozdíl mezi horním a dolním bodem, tím vyšší je tlak v systému.
První princip gravitačního topného systému spočívá v tom, že když se chladicí kapalina zahřeje, a nemusí to být voda, změní svou hustotu. Voda ve svém normálním stavu o teplotě 20 stupňů má hustotu větší než voda zahřátá na 45 stupňů; při zahřátí na 80 stupňů bude rozdíl takový, že bude zapotřebí další objem vody. V tomto případě bude chladicí kapalina stejné hmotnosti zabírat jiný objem, a proto se začne roztahovat a je vytlačována z výměníku tepla. V uzavřeném prostoru poté, co se ohřátá chladicí kapalina začne pohybovat, zaujme její místo chladící kapalina ochlazená. Takže pod vlivem ohřevu vzniká proudění a gravitační topný systém začíná fungovat.
Druhý princip činnosti tohoto okruhu začíná fungovat od okamžiku, kdy se chladicí kapalina začne pohybovat. Jak se voda nebo nemrznoucí směs ohřívá, rychlost pohybu se zvyšuje, protože teplota rychle stoupá a rozpínání objemu nutí kapalinu vytlačovat z vodního pláště kotle vyšší rychlostí. Kapalina opouští objem kotle a uniká svislým potrubím do expanzní nádoby. Po dosažení úrovně větve kapalina vyplní objem potrubí a spěchá podél tlakové smyčky do potrubí vedoucích k radiátorům vytápění a vytváří potřebný tlak. S přihlédnutím k rozdílu výšek mezi bodem, ve kterém kapalina vstupuje do tlakové smyčky, a spodním odtokovým bodem, vytvořený tlak dodatečně ovlivňuje chladivo.
Postupným zahříváním systém snižuje teplotní rozdíl mezi studenou a horkou chladicí kapalinou, a tím se rychlost pohybu kapaliny v systému zvyšuje na maximum a může dosáhnout i 1 metru za sekundu.
Samotížné vytápění: výhody systému samotížného vytápění
Před zvážením pozitivních vlastností gravitačních topných systémů s přirozenou cirkulací vody stojí za to samostatně zvážit všechny nevýhody systému. Pro mnohé je první a hlavní nevýhodou gravitačního systému vytápění jeho archaický charakter. Ve skutečnosti se jedná o jeden z nejstarších topných systémů využívajících kapalné chladivo. Z tohoto systému byla následně vyvinuta jedno a dvoutrubková schémata zapojení, právě tento systém byl použit pro hromadnou instalaci, když průmysl zvládl kotle na tuhá paliva a o něco později plynové kotle. Ale na druhou stranu je gravitační topný systém také jeden z nejspolehlivějších – jeho životnost je v průměru 45-50 let. Tedy přesně tak dlouho, jak dlouho trvá, než kovové trubky vlivem chladicí kapaliny ztratí těsnost.
Druhým bodem je nízká účinnost samotížného topného systému. Ve skutečnosti samotné schéma, založené na přirozené cirkulaci vody, znamená setrvačnost procesu vytápění místnosti, dokud topný kotel nezíská potřebný výkon a teplotní rozdíl mezi ohřívaným a chlazeným chladivem nedosáhne minima, poměrně hodně. uplyne čas. Ale na druhou stranu i poté, co kotel přestane podporovat spalování, cirkulační proces pokračuje a velký objem vody v systému se ochladí mnohem déle než v systému s nuceným oběhem.
Další nevýhodu lze přičíst gravitačnímu topnému systému kvůli jeho objemnosti. V praxi při stejné ploše vytápěné místnosti zabere systém s nuceným oběhem ve srovnání s gravitačním mnohem méně místa. Kromě baterií bude gravitační topný systém obsahovat také horní rozvodné potrubí, bez kterého není možné vytvořit požadovaný tlak kapaliny.
A samozřejmě je tu otázka regulace teploty v jednotlivých radiátorech a možnosti jejího nastavení. Samotížný topný systém v klasické podobě s jednotrubkovým konstrukčním schématem takovou funkci nemůže zajistit z důvodu nemožnosti vypnutí samostatného radiátoru.
Ale na druhou stranu se jedná o ideální systém pro instalaci v domácnostech, kde není elektřina nebo jsou neustálé problémy s její dodávkou. Systém gravitačního vytápění může fungovat bez elektřiny, protože hlavní silou pohybu chladicí kapaliny systémem není oběhové čerpadlo, ale tepelná roztažnost objemu chladicí kapaliny.
Velký objem chladicí kapaliny v systému umožňuje plynulé vytápění místnosti. Na druhou stranu se takový objem ohřátého chladiva ochlazuje mnohem pomaleji než objem systému s nuceným oběhem. To je zvláště patrné, když dojde k výpadku proudu nebo dojde k vyhasnutí paliva v peci. Systém nuceného oběhu ochlazuje 3-4krát rychleji než takový archaický gravitační systém vytápění.
Této vlastnosti se často využívá při přechodném pobytu v domě – prostě místo obyčejné vody se do systému nalije nemrznoucí kapalina a ani po úplném vychladnutí nehrozí prasknutí potrubí ani radiátorů vlivem zamrzání vody.
A samozřejmě je prostě nutné poznamenat, že takový systém je v provozu prostě bezproblémový. Pokud se používá správně, může trvat asi 50 let a má pouze dva rizikové faktory. První je hrozba přehřátí kotle, ale i zde záleží především na lidském faktoru, nikoli na systému. Druhým je zamrznutí chladicí kapaliny, ale v tomto případě použití nemrznoucí směsi snižuje riziko této nehody téměř na nulu.
Zjednodušená verze topného systému s přirozenou cirkulací chladicí kapaliny
Při výběru soukromého samotížného topného systému je nutné provést řadu výpočtů, abychom pochopili, kolik systém zajistí vytápění místnosti. Za normálních podmínek se při návrhu rozmístění potrubí zohledňují objemy jednotlivých místností a výkon v nich instalovaných otopných těles. Při instalaci radiátorů stejného jmenovitého výkonu bude samotížný topný systém vytápět místnosti nerovnoměrně. První radiátor, který je nejblíže ke kotli, se zahřeje více a v radiátoru nejdále od kotle bude teplota chladicí kapaliny výrazně nižší. Proto se při výběru topných zařízení instalují první s nižším výkonem a ty níže položené by měly být výkonnější.
Při výběru konstrukčních prvků je důležité zvolit správnou expanzní nádrž. Při výpočtu objemu expanzní nádrže je obvyklé brát jako základ poměr 1/10. To znamená, že pokud je objem vody v systému asi 250 litrů, objem nádrže by měl být alespoň 25 litrů.
Systém gravitačního vytápění je velmi náročný na stavební materiály. Především se to týká potrubí a potrubí. Velký objem chladicí kapaliny a nízký tlak v systému vyžadují, aby cirkulace probíhala s minimálními ztrátami, a to je možné buď v ocelových nebo polypropylenových trubkách. Zde však existují určitá omezení. Ocelové trubky je tedy nutné spojovat buď svařováním plynovým nebo elektrickým svařováním, nebo pomocí závitových spojů. A pokud první typ umožňuje zajistit spolehlivé spojení prakticky bez svaru uvnitř potrubí, pak může závitová metoda vytvořit uvnitř potrubí velké množství nepravidelností. Pokud jde o polypropylenovou trubku, má jednu významnou nevýhodu. Tato nevýhoda se týká schopnosti potrubí odolávat vysokým teplotám – maximální teplota, kterou podle výrobců vydrží takové potrubí, je +95 stupňů, což není vhodné pro potrubí instalované bezprostředně za kotlem.
Ale i přes všechna tato upozornění se zjednodušený diagram gravitačního topného systému výrazně liší od systému nuceného oběhu.
Takový systém musí obsahovat:
- Topný kotel (předpokladem pro takové systémy je přítomnost kotle s velkým objemem pláště na ohřev vody);
- 11/2″ vodovodní potrubí velkého průměru;
- Expanzní nádrž s kapacitou 1/10 objemu kapaliny v systému;
- Přívodní potrubí o průměru 1 palec;
- Radiátory různých velikostí pro zajištění rovnoměrného vytápění místností;
- Zpětné potrubí;
- Vypouštěcí ventil kapaliny;
- Jako řídicí zařízení v systému jsou instalovány teploměr a manometr v kotli a kohoutky Mayevsky v radiátorech.
Jak vidíte, systém má malý počet konstrukčních prvků a je docela vhodný pro vlastní montáž.
Základní schémata vytápění rodinných domů
Dnes existuje několik typů samotížných topných systémů. Nejoblíbenější je nejjednodušší systém s tlakovou smyčkou a sklonem přívodního a vratného potrubí. Zde je implementováno schéma, ve kterém chladicí kapalina cirkuluje v přirozeném režimu a expanzní nádrž má otevřenou horní část. Nevýhodou tohoto typu samotížného topného systému je jeho setrvačnost a složitost při realizaci. Náročnost realizace je v tomto případě chápána jako nutnost zachování všech parametrů sklonů potrubí. Po instalaci tlakové smyčky by tedy mělo být vedení potrubí provedeno při zachování sklonu 0,05 stupně od kotle. Tento sklon je dostatečný k zajištění počátečního pohybu tekutiny. Stejný sklon je zajištěn při pokládce vratného potrubí.
Taková schémata znamenají jednotrubkové možnosti pro konstrukci bezpečnostního systému. Pokročilejší systémy gravitačního vytápění zahrnují dvoutrubkové schéma potrubí. K tomu je však nutné zajistit správné položení hlavního potrubí. Pro normální fungování takového systému by měla být celková délka přívodního potrubí asi 25 metrů, maximální velikost takového potrubí může být 35 metrů. Velká délka potrubí sníží teplotu přívodu chladicí kapaliny, její instalace bude vyžadovat další sklon, což bude vyžadovat, aby projekt poskytl další objem půdního prostoru nebo objem uvnitř místnosti.
Co je třeba vzít v úvahu při návrhu samotížného topného systému
Hlavním problémem efektivního provozu gravitačního topného systému v nízkopodlažních soukromých domech je nesprávné umístění kotle a radiátorů vůči sobě navzájem. Jedním z důležitých parametrů systému je velikost cirkulačního tlaku. Zobrazuje vzdálenost od středu topného zařízení ke středu topného kotle. Čím vyšší je tento ukazatel, tím je celý systém efektivnější.
Neúčinnost a nízká účinnost topných kotlů na tuhá paliva i plyn, instalovaných v samotížných systémech, je často spojena s malým výškovým rozdílem mezi radiátorem a kotlem. Takže za normálních podmínek je takový rozdíl obvykle jen 0,2-0,3 metru. Tato situace neumožňuje ušetřit až 25 % paliva. Většina energie se spotřebuje na přehřátí kapaliny. Současně, pokud zvýšíte výškový rozdíl o 0,5 metru a zvýšíte jej na 0,7-0,8 metru, pak se účinnost zvýší o 6-11% a s rozdílem 2,0 metru bude možné ušetřit až 20% energie . Proto se při projektování samotížných topných systémů počítá s umístěním kotle v nejnižším místě, nejčastěji v suterénu.
Současně se s ohledem na všechny možnosti a metody instalace topných systémů v soukromém domě, navzdory zjevné jednoduchosti, doporučuje svěřit tento projekt odborníkům. Zkušenosti a dostupnost speciálního vybavení pomohou zajistit rychlou a hlavně snadnou instalaci veškerého vybavení s minimalizací rizika chyb.
