Otwarty system ogrzewania: podstawowe schematy i cechy instalacji

Dzięki prostocie instalacji, niskim kosztom i wystarczającej wydajności otwarty system grzewczy cieszy się nadal popularnością. Po zrozumieniu zasady działania, wyposażenia i zasad montażu, będzie Państwo mogli samodzielnie zorganizować ogrzewanie domu.

Opowiemy, jak skomponować działający schemat ogrzewania otwartego typu. Podpowiemy, jak zbudować system, ściśle przestrzegając wymagań technologicznych i norm przy wyborze i łączeniu elementów. Biorąc pod uwagę nasze zalecenia, zbudują Państwo niezawodnie działający efektywny obieg.

Samodzielnym majsterkowiczom proponujemy zapoznanie się ze sprawdzonymi w praktyce wariantami montażu. Przedstawione do rozważenia informacje są uzupełnione przydatnymi schematami, zestawami zdjęć, instrukcjami wideo.

Wyposażenie i zasada działania systemu

W wodnym systemie grzewczym pośrednikiem przy przekazywaniu energii cieplnej z kotłowni do grzejników jest ciecz. Cyrkulacja czynnika grzewczego może odbywać się na duże odległości, zapewniając ogrzewanie domów i pomieszczeń o różnej powierzchni. To wyjaśnia powszechne wdrożenie wodnego zaopatrzenia w ciepło.

Sprawność systemu grzewczego otwartego typu jest możliwa bez użycia pompy. Cyrkulacja czynnika grzewczego opiera się na zasadach termodynamiki. Ruch wody w rurach następuje dzięki różnicy gęstości gorącej i zimnej cieczy, a także dzięki nachyleniu ułożonych rur.

Nieodzownym elementem systemu jest otwarty zbiornik wyrównawczy, do którego trafiają nadmiary podgrzanego czynnika grzewczego. Dzięki zbiornikowi odbywa się automatyczna stabilizacja ciśnienia cieczy. Zbiornik jest instlowed nad wszystkimi elementami systemu.

Cały proces funkcjonowania «otwartego zaopatrzenia w ciepło» jest umownie dzielony na dwa etapy:

1. Zasilanie. Podgrzany czynnik grzewczy przepływa od kotła do grzejników.
2. Powrót. Nadmiar ciepłej wody trafia do zbiornika wyrównawczego, ochładza się i wraca do kotła.

W systemach jednorurowych funkcję zasilania i powrotu pełni jeden przewód główny, w układach dwururowych rury zasilająca i powrotna są od siebie niezależne.

Gęstość ciepłej wody jest niższa niż gęstość zimnej, dlatego w systemie powstaje ciśnienie hydrostatyczne. Pod ciśnieniem gorąca woda przemieszcza się do grzejników.

Najprostszym i najbardziej dostępnym do samodzielnego montażu jest system jednorurowy. Konstrukcja systemu jest elementarna.

Podstawowe wyposażenie jednorurowego zaopatrzenia w ciepło obejmuje:

• kocioł grzewczy;
• grzejniki;
• naczynie wzbiorcze;
• rury.

Niektórzy rezygnują z instalacji grzejników i umieszczają na obwodzie domu rurę o średnicy 8-10 cm. Specjaliści zauważają jednak, że przy takim rozwiązaniu spada efektywność systemu i wygoda użytkowania.

Schemat grawitacyjnego jednorurowego systemu otwartego typu jest niezależny energetycznie. Koszty zakupu rur, armatury i wyposażenia są stosunkowo niskie. Możliwa praca z kotłami różnych typów.

Bardziej skomplikowana w konstrukcji i droższa w wykonaniu dwururowa wersja grzewcza. Jednak koszty i złożoność budowy są w pełni kompensowane przez wyeliminowanie standardowych wad systemów jednorurowych.

Czynnik grzewczy o równej temperaturze jest dostarczany praktycznie jednocześnie do wszystkich urządzeń, schłodzona woda jest zbierana przez powrót, a nie przepływa do następnego grzejnika.

Dla obsługi każdego urządzenia w dwururowym obwodzie grzewczym wykonuje się magistralę zasilającą i powrotną, dzięki czemu system dostarcza czynnik grzewczy o równej temperaturze do wszystkich punktów, a schłodzona woda jest zbierana i kierowana do kotła przez powrót – niezależną od zasilania magistralę.

Wymagania dotyczące aranżacji i eksploatacji

Przy projektowaniu ogrzewania domu należy uwzględnić szereg cech otwartego systemu grzewczego:

1. Aby zapewnić normalną cyrkulację, montaż kotła wykonuje się w najniższym punkcie magistrali, a zbiornika wyrównawczego – w najwyższym punkcie.
2. Optymalnym miejscem do umieszczenia zbiornika wyrównawczego jest pomieszczenie na poddaszu. W zimnym okresie roku zbiornik i pion zasilający w obrębie nieogrzewanego poddasza należy zaizolować.
3. Układanie magistrali wykonuje się z minimalną liczbą kolan, złączek i kształtek.
4. W grawitacyjnym systemie grzewczym woda krąży powoli (0,1-0,3 m/s), dlatego ogrzewanie powinno następować stopniowo. Nie wolno dopuścić do wrzenia – przyspiesza to zużycie grzejników i rur.
5. Jeśli zimą system grzewczy nie jest używany, należy spuścić płyn – ten środek pozwoli zachować w całości rury, grzejniki i kocioł.
6. Poziom czynnika grzewczego w zbiorniku wyrównawczym należy kontrolować i okresowo uzupełniać. W przeciwnym razie w magistrali powstaną zatory powietrzne, zmniejszające wydajność grzejników.
7. Woda jest optymalnym czynnikiem grzewczym. Płyn niezamarzający jest toksyczny, nie zaleca się jego stosowania w systemach mających swobodny kontakt z atmosferą. Jego użycie jest uzasadnione, jeśli nie ma możliwości spuszczenia czynnika grzewczego w okresie nieogrzewanym.

Szczególną uwagę należy poświęcić obliczeniu przekroju i spadku rurociągu. Normy projektowe są regulowane przez SNiP o numerze 2.04.01-85.

W obwodach z grawitacyjnym ruchem czynnika grzewczego rozmiar przekroju rury jest większy niż w układach z pompą, ale całkowita długość rurociągu jest mniejsza prawie o połowę. Spadek poziomych odcinków systemu, wynoszący 2 – 3 mm na metr bieżący, wykonuje się tylko przy montażu ogrzewania z naturalnym ruchem czynnika grzewczego.

Nieprzestrzeganie spadku przy instalacji systemów z naturalnym przepływem czynnika grzewczego prowadzi do zapowietrzenia rur i niedostatecznego nagrzewania grzejników oddalonych od kotła. W rezultacie efektywność cieplna spada.

Rodzaje schematów otwartego zaopatrzenia w ciepło

W otwartym schemacie systemu grzewczego przepływ czynnika grzewczego odbywa się na dwa różne sposoby. Pierwszy wariant to cyrkulacja naturalna lub grawitacyjna, drugi – wymuszony lub sztuczny za pomocą pompy.

Wybór schematu zależy od liczby kondygnacji i powierzchni budynku, a także od przewidzianego trybu cieplnego.

Naturalna cyrkulacja w ogrzewaniu

W systemie grawitacyjnym nie ma żadnego mechanizmu zapewniającego przepływ czynnika grzewczego. Proces odbywa się wyłącznie za sprawą rozszerzania się gorącej wody. Aby schemat działał, przewidziano pion przyspieszający, którego wysokość wynosi co najmniej 3,5 m.

Jeśli zaniedba się montaż pionowego pionu tranzytowego, istnieje duże prawdopodobieństwo, że czynnik grzewczy pochodzący z kotła nie rozwinie wystarczającej prędkości

System zaopatrzenia w ciepło typu naturalnej cyrkulacji optymalnie nadaje się do budynków o powierzchni do 60 m². Za maksymalną długość obwodu zdolnego do dostarczenia ciepła uważa się magistralę 30 m. Ważnym czynnikiem jest wysokość budynku i liczba kondygnacji, umożliwiające montaż pionu przyspieszającego.

Schemat naturalnej cyrkulacji nie nadaje się do niskotemperaturowego trybu użytkowania. Niewystarczające rozszerzanie się czynnika grzewczego nie wytworzy odpowiedniego ciśnienia w systemie.

Możliwości schematu grawitacyjnego:

1. Podłączenie do ogrzewania podłogowego. Na obwód wodny prowadzący do podłogi montowana jest pompa obiegowa. Reszta systemu działa w normalnym trybie. W przypadku odłączenia prądu dom będzie nadal ogrzewany.
2. Praca z bojlerem. Urządzenie grzewcze montuje się w górnej części systemu – nieco poniżej zbiornika wyrównawczego.

Aby zapewnić nieprzerwaną pracę, na bojler można zainstalować pompę. Wtedy schemat zaopatrzenia w ciepło i produkcji CWU automatycznie przechodzi do kategorii wariantów wymuszonych. Dodatkowo montuje się zawór zwrotny, zapobiegający recyrkulacji czynnika grzewczego.

System wymuszony z pompą

W celu zwiększenia prędkości czynnika grzewczego i skrócenia czasu ogrzewania pomieszczenia, wbudowuje się pompę. Przepływ wody wzrasta do 0,3–0,7 m/s. Intensywność oddawania ciepła rośnie, a gałęzie magistrali nagrzewają się równomiernie.

Schematy pompowe buduje się zarówno w typie otwartym, jak i zamkniętym. W obiegach otwartych zbiornik wyrównawczy instaluje się w najwyższym punkcie systemu. Obecność pompy umożliwia zwiększenie długości rurociągu między kotłem grzewczym a grzejnikami, zarówno pod względem wysokości, jak i długości.

Ważne aspekty organizacji systemu wymuszonego:

1. Schemat z wbudowaną pompą jest zależny od energii. Aby ogrzewanie pomieszczenia nie ustało podczas odcięcia prądu, urządzenie pompowe umieszcza się na bypassie.
2. Pompę instaluje się przed wejściem do kotła na rurze powrotnej. Odległość do kotła – 1,5 m.
3. Podczas instalacji pompy uwzględnia się kierunek przepływu wody.

Na rurze powrotnej montuje się dwa zawory odcinające i kolano obiegowe z pompą cyrkulacyjną. Gdy jest prąd w sieci, zawory są zamknięte – przepływ czynnika grzewczego odbywa się przez pompę. Jeśli nie ma napięcia, zawory należy otworzyć – system przechodzi na naturalny obieg.

Na rurociągu zasilającym należy zainstalować zawór zwrotny. Element umieszcza się bezpośrednio za kotłem i zapobiega recyrkulacji czynnika grzewczego podczas pracy pompy.

Warianty rozprowadzenia rurociągu w systemie

Od schematu rozmieszczenia urządzeń grzewczych i łączących rur zależy wydajność, ekonomiczność i estetyka systemu zaopatrzenia w ciepło. Wybór rozprowadzenia określa się na podstawie cech konstrukcyjnych i powierzchni domu.

Specyfika schematów jedno- i dwururowego

Podgrzana woda dociera do grzejników i z powrotem do kotła na różne sposoby. W systemie jednopętlowym czynnik grzewczy podawany jest przez jeden przewód o dużej średnicy. Rurociąg przechodzi przez wszystkie grzejniki.

Zalety systemu jednorurowego z naturalnym obiegiem:

• minimalne zużycie materiałów;
• prosty montaż;
• ograniczona liczba rur wewnątrz pomieszczenia mieszkalnego.

Główną wadą schematu z jedną rurą pełniącą funkcje zasilania i powrotu jest nierównomierne nagrzewanie się grzejników. Intensywność nagrzewania i oddawania ciepła przez baterie spada wraz z ich oddalaniem się od kotła.

Przy długim łańcuchu rozprowadzenia i dużej liczbie grzejników ostatnia bateria może okazać się całkowicie nieefektywna. „Gorące” urządzenia grzewcze zaleca się instalować w pokojach od strony północnej, w pokojach dziecięcych i sypialniach.

Dwururowy schemat ogrzewania pewnie odzyskuje pozycje. Grzejniki łączą rurociąg powrotny i zasilający. Pomiędzy bateriami a źródłem ciepła tworzą się lokalne pętle.

Główne zalety systemu:

• wszystkie urządzenia grzewcze równomiernie się nagrzewają;
• możliwość regulacji nagrzewania każdego grzejnika osobno;
• niezawodność eksploatacji schematu.

System dwuobwodowy wymaga większych nakładów i nakładów pracy. Wykonanie montażu dwóch gałęzi instalacji po konstrukcjach budowlanych będzie trudniejsze.

System dwururowy jest łatwy do zrównoważenia, zapewniając dostarczanie czynnika grzewczego o jednakowej temperaturze do wszystkich odbiorników ciepła. Pomieszczenia są ogrzewane równomiernie.

Górne i dolne zasilanie czynnika grzewczego

W zależności od położenia magistrali doprowadzającej gorący czynnik grzewczy rozróżnia się górne i dolne podłączenie.

W otwartych systemach ogrzewania z górnym rozprowadzeniem nie ma potrzeby stosowania urządzeń do odpowietrzania. Nadmiar powietrza jest usuwany przez powierzchnię naczynia wzbiorczego połączoną z atmosferą.

Przy górnym rozprowadzeniu ciepła woda unosi się głównym pionem i przez rury rozdzielcze jest przekazywana do grzejników. Zastosowanie takiego systemu ogrzewania jest celowe w parterowych i dwupiętrowych domkach oraz domach prywatnych.

System zaopatrzenia w ciepło z dolnym rozprowadzeniem jest dość praktyczny. Rura zasilająca umieszczona jest na dole, obok powrotu. Ruch czynnika grzewczego odbywa się od dołu do góry. Woda, po przejściu przez grzejniki, rurą powrotną kierowana jest do kotła grzewczego. Grzejniki wyposaża się w zawory odpowietrzające w celu usunięcia powietrza z instalacji.

W systemach ogrzewania z dolnym rozprowadzeniem powstaje potrzeba stosowania urządzeń do odpowietrzania, z których najprostszym jest zawór odpowietrzający.

Piony pionowe i poziome

Ze względu na położenie pionów magistralnych rozróżnia się pionowe i poziome sposoby rozprowadzenia rurociągu. W pierwszym wariancie grzejniki wszystkich pięter są podłączone do pionowo ułożonych pionów.

Pionowe rozprowadzenie stosuje się przy urządzaniu domów o dwóch, trzech i więcej kondygnacjach z poddaszem, w obrębie którego można ułożyć i ocieplić rurociąg.

Cechy systemów „pionowych”:

• brak zatorów powietrznych;
• nadaje się do ogrzewania budynków wysokich;
• podłączenie kondygnacyjne do pionu;
• trudności z montażem liczników ciepła w mieszkaniach w budynkach wielopiętrowych.

Rozprowadzenie poziome przewiduje podłączenie grzejników jednej kondygnacji do wspólnego pionu. Zaletą tego schematu jest to, że do instalacji używa się mniej rur, a koszt montażu jest niższy.

Piony poziome są zazwyczaj stosowane w pomieszczeniach jedno- i dwukondygnacyjnych. Aranżacja systemu jest aktualna w domach panelowo-szkieletowych oraz budynkach mieszkalnych bez przegród.

Aranżacja ogrzewania grawitacyjnego

Opracowanie projektu systemu grawitacyjnego lepiej powierzyć specjalistom od ciepłownictwa. W dokumencie wskazany jest rodzaj ogrzewania, sposób podłączenia grzejników i cyrkulacji czynnika grzewczego, zalecane parametry urządzeń, liczba grzejników oraz długość rurociągu.

Obliczanie systemu zaopatrzenia w ciepło

Konieczne jest określenie charakterystyk hydraulicznych systemu, które w dalszym etapie pomogą prawidłowo dobrać optymalną średnicę rurociągu.

W naturalnym systemie ogrzewania kotły zaleca się montować w piwnicy lub w pomieszczeniu przyziemnym. Pozwala to zwiększyć długość piona tranzytowego.

Do obliczenia wartości ciśnienia cyrkulacyjnego (Rc) potrzebne są następujące dane:

1. Odległość od środka kotła grzewczego do środka grzejnika (h). Im większa odległość między tymi urządzeniami, tym bardziej stabilna jest cyrkulacja.
2. Ciśnienie schłodzonej (Ro) i podgrzanej (Pr) wody.

Ciśnienie cyrkulacyjne zależy tylko od różnicy temperatury czynnika grzewczego. Dokładne wartości można odczytać z danych tabelarycznych.

Im większa różnica temperatur czynnika grzewczego, tym wyższe ciśnienie w magistrali. Dlatego ważne jest zadbanie o «wchodzącą» temperaturę cieczy.

Na szerokość przekroju rurociągu wpływa rodzaj materiału. Średnica rury stalowej powinna wynosić co najmniej 50 mm. Po rozgałęzieniu przekrój magistrali zwęża się o jeden rozmiar. Powrót natomiast jest komponowany z późniejszym rozszerzeniem.

Szczególną uwagę należy poświęcić pojemności naczynia wyrównawczego. Wielkość zbiornika nie powinna być mniejsza niż 5% całkowitej objętości czynnika grzewczego w systemie. Niespełnienie tego wymogu doprowadzi do spuszczenia wody z systemu lub pęknięcia rur.

Dobór głównych komponentów

Dla systemu otwartego lepiej wybrać kocioł pracujący na paliwo stałe lub olej opałowy. Instalacja kotłów elektrycznych i urządzeń gazowych jest zabroniona. W magistrali czasami tworzą się zatory powietrzne – może to prowadzić do sytuacji awaryjnej.

Moc grzewcza określana jest na podstawie obliczenia – 1 kW energii ciepła na 10 m² domu. W zależności od jakości izolacji pomieszczenia do uzyskanej wartości dodaje się 10-30%.

Kocioł umieszczany jest w oddzielnym pomieszczeniu wyposażonym w wymuszoną cyrkulację powietrza. Urządzenie montuje się na materiale ognioodpornym lub na zabetonowanej podłodze.

Zbiornik wyrównawczy dla systemu grzewczego grawitacyjnego powinien być wykonany ze stali. Stosowanie materiałów polimerowych jest wysoce niepożądane. Do ogrzewania małego parterowego domu wystarczy zbiornik o pojemności 8-15 litrów.

Do budowy rurociągu stosuje się rury z następujących materiałów:

1. Stalowe. Charakteryzują się wysoką przewodnością cieplną i odpornością na wysokie ciśnienie. Wadą jest trudność montażu i konieczność użycia sprzętu spawalniczego.
2. Polipropylenowe. Główne zalety: odporność na wahania temperatury, wytrzymałość, szczelność i łatwość montażu. Okres eksploatacji – 25 lat.
3. Metaloplastikowe. Materiał jest odporny na korozję, zapobiega zatykaniu obiegu. Wady przewodów: ograniczony okres użytkowania (do 15 lat) i wysoki koszt.
4. Miedziane. Rury o maksymalnej wydajności cieplnej i odporności na wysokie temperatury – do +500°C. Główną wadą jest wysoki koszt materiału.

W obiegu otwartym systemu grzewczego montuje się grzejniki wykonane z metali o wysokiej wytrzymałości.

Najbardziej popularne są modele stalowe. Mają optymalny stosunek podstawowych parametrów: wygląd, cena i moc cieplna.

Grzejniki stalowe dzięki cienkim ściankom, niewielkiej wadze i wysokiej wydajności cieplnej porównuje się z konwektorami. Urządzenia szybko nagrzewają pomieszczenia dzięki przyspieszonemu ruchowi powietrza.

Etapy montażu systemu otwartego

Cały proces organizacji grawitacyjnego systemu grzewczego można podzielić na kilka etapów:

1. Montaż kotła. Urządzenie mocuje się na podłodze lub wiesza na ścianie. Wybór metody zależy od wymiarów kotła.
2. Rozprowadzenie rurociągu zgodnie z wybranym schematem i opracowanym projektem. Ważne jest zachowanie zalecanego kąta nachylenia obiegu rur.
3. Instalacja grzejników i podłączenie ich do systemu.
4. Montaż zbiornika wyrównawczego i jego izolacja.
5. Połączenie wszystkich elementów, sprawdzenie szczelności połączeń i uruchomienie systemu.

Za kotłem, na rurze zasilającej, zaleca się zainstalować czujnik temperatury w celu kontroli efektywności pracy systemu zaopatrzenia w ciepło.

Montaż systemu grzewczego należy przeprowadzać w ciepłym okresie roku. Ułożenie magistrali i uruchomienie zajmie około jednego tygodnia.

Cechy montażu schematu wymuszonego

Aby system z wymuszonym obiegiem spełnił swoją rolę i działał prawidłowo, należy odpowiednio dobrać pompę cyrkulacyjną i umiejętnie wpiąć ją w magistralę ciepłowniczą.

Wybór pompy obiegowej

Podstawowe parametry doboru urządzeń pompowych: moc urządzenia i wysokość podnoszenia. Te cechy określa się na podstawie powierzchni ogrzewanego pomieszczenia.

Wartości orientacyjne:

• dla domów o powierzchni 250 m² odpowiednia będzie pompa o mocy 3,5 m³/h i wysokości podnoszenia 0,4 atm;
• w pomieszczeniach o powierzchni 250-350 m² instaluje się urządzenie o mocy 4,5 m³/h i wysokości podnoszenia 0,6 atm;
• jeżeli powierzchnia domu wynosi 350-800 m², wskazane jest nabycie pompy o mocy 11 m³/h i wysokości podnoszenia co najmniej 0,8 atm.

Przy bardziej szczegółowym doborze specjaliści biorą pod uwagę długość systemu grzewczego, rodzaj i liczbę grzejników, materiał wykonania i średnicę rur, a także typ kotła.

Instalacja pompy w magistrali

Umieszczenie pompy wykonuje się na powrocie, aby przez urządzenie przepływał niezbyt gorący czynnik grzewczy. Na magistrali zasilającej możliwa jest instalacja nowoczesnych modeli wykonanych z materiałów odpornych na wysokie temperatury.

Przy wpięciu pompy nie powinna zostać zakłócona cyrkulacja wody. Ważne, aby w każdym punkcie magistrali podczas pracy agregatu pompowego ciśnienie hydrostatyczne pozostawało nadciśnieniem.

Cztery dopuszczalne schematy systemów grzewczych z obiegiem pompowych i naczyniem wzbiorczym otwartym. Ciśnienie hydrostatyczne utrzymuje się na wymaganym poziomie.

Wariant 1. Podniesienie naczynia wzbiorczego. Prosty sposób przeróbki systemu z obiegiem naturalnym na wymuszony. Do realizacji projektu potrzebne będzie wysokie pomieszczenie na poddaszu.

Wariant 2. Przesunięcie zbiornika na odległy pion. Pracochłonny proces rekonstrukcji starego systemu, a dla nowego – nieuzasadniony. Możliwe są prostsze i lepsze sposoby.

Wariant 3. Rura naczynia wzbiorczego w pobliżu króćca pompy. Aby zmienić typ obiegu, należy odciąć naczynie od magistrali zasilającej, a następnie podłączyć je do powrotu – za pompą cyrkulacyjną.

Wariant 4. Pompa wpięta do magistrali zasilającej. Najprostszy sposób rekonstrukcji systemu. Minusem metody są niekorzystne warunki eksploatacji pompy. Nie każde urządzenie wytrzyma wysokie temperatury.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Film #1. Zalecenia dotyczące montażu systemu grzewczego z obiegiem naturalnym:

Film #2. Kolejność instalacji pompy cyrkulacyjnej:

Ważnymi aspektami aranżacji efektywnego systemu ogrzewania są wybór sprawnego schematu, obliczenie parametrów magistrali, dobór komponentów oraz przestrzeganie technologii montażu. Samodzielna instalacja jest możliwa przy posiadaniu umiejętności hydraulicznych, a opracowanie szczegółowego projektu lepiej powierzyć profesjonalistom.

Czy chcieliby Państwo zadać pytanie dotyczące schematu organizacji i urządzenia rozprowadzenia otwartego obiegu wodociągowego? Prosimy pozostawiać komentarze w bloku znajdującym się poniżej. Tutaj mają Państwo również możliwość zadania pytania lub podzielenia się interesującym faktem na ten temat.