Jak zbudowane są systemy ogrzewania z cyrkulacją pompową: schematy organizacji

Zapewnienie naturalnego przepływu czynnika grzewczego w obiegu grzewczym nawet doświadczonym specjalistom nie zawsze się udaje. Zdarza się, że woda porusza się w systemie, ale do domu nie dociera wystarczająca ilość ciepła.

Coraz częściej właściciele domów jednorodzinnych wolą instalować systemy grzewcze z cyrkulacją pompową, które są dość różnorodne i wygodne. W tym artykule omówiliśmy podstawowe schematy organizacji ogrzewania z wymuszonym obiegiem, uzupełniając materiał poglądowymi ilustracjami i zdjęciami.

Dodatkowo dobraliśmy przydatne filmy wideo z zaleceniami specjalistów dotyczącymi montażu urządzeń pompowych do systemu grzewczego. Pozwoli to szczegółowo zrozumieć kwestię instalacji pompy.

Zasada działania systemu z wymuszonym obiegiem

Pompa cyrkulacyjna – to małe urządzenie elektryczne, które jest skonstruowane wyjątkowo prosto. Wewnątrz obudowy znajduje się wirnik, który się obraca i nadaje czynnikowi grzewczemu cyrkulującemu w systemie niezbędne przyspieszenie. Silnik elektryczny zapewniający obrót zużywa bardzo mało energii elektrycznej, zaledwie 60-100 W.

Obecność takiego urządzenia w systemie znacznie ułatwia jego projektowanie i montaż. Wymuszona cyrkulacja czynnika grzewczego pozwala na stosowanie rur grzewczych o małej średnicy, poszerza możliwości przy wyborze kotła grzewczego i grzejników.

Bardzo często system, pierwotnie zaprojektowany z myślą o naturalnym obiegu, działa niezadowalająco z powodu niskiej prędkości przepływu czynnika grzewczego w rurach, tj. niskiego ciśnienia obiegowego. W takim przypadku instalacja pompy pomoże rozwiązać problem.

Nie należy jednak zbytnio przesadzać z prędkością wody w rurach, ponieważ nie powinna być ona nadmiernie wysoka. W przeciwnym razie z czasem konstrukcja może po prostu nie wytrzymać dodatkowego ciśnienia, na które nie została zaprojektowana.

Jeśli w systemach z naturalnym obiegiem czynnika grzewczego można zastosować otwarte naczynie wzbiorcze, to w schematach wymuszonych należy preferować zamknięty szczelny zbiornik.

Dla pomieszczeń mieszkalnych zalecane są następujące graniczne normy prędkości przepływu czynnika grzewczego:

• przy średnicy nominalnej rury 10 mm – do 1,5 m/s;
• przy średnicy nominalnej rury 15 mm – do 1,2 m/s;
• przy średnicy nominalnej rury 20 mm lub większej – do 1,0 m/s;
• dla pomieszczeń pomocniczych budynków mieszkalnych – do 1,5 m/s;
• dla budynków pomocniczych – do 2,0 m/s.

W systemach z naturalnym obiegiem naczynie wzbiorcze zwykle umieszcza się na zasilaniu. Jeśli jednak konstrukcja zostanie uzupełniona o pompę obiegową, zwykle zaleca się przeniesienie zbiornika na powrót.

Budowa pompy obiegowej jest bardzo prosta, zadaniem tego urządzenia jest nadanie czynnikowi grzewczemu przyspieszenia wystarczającego do pokonania oporu hydrostatycznego systemu.

Ponadto zamiast otwartego zbiornika należy zamontować zamknięty. Tylko w małym mieszkaniu, gdzie instalacja grzewcza ma niewielką długość i prostą konstrukcję, można obejść się bez takiej zmiany i nadal korzystać ze starego naczynia wzbiorczego.

Obliczenia dla wymuszonych systemów grzewczych

Prawidłowo zorganizowany system z wymuszoną cyrkulacją wymaga skomplikowanych obliczeń inżynieryjnych. Jednak niektóre wzory pozwalają ocenić stan systemu i uzyskać dokładniejsze wyobrażenie o niezbędnych przeróbkach, szczególnie w przypadku małego domu lub mieszkania. Moc urządzeń grzewczych dobiera się zwykle na podstawie wielkości pomieszczeń, które mają być ogrzewane.

Zazwyczaj producenci zalecają, aby przepływ czynnika grzewczego, mierzony w litrach na minutę, odpowiadał liczbie kilowatów mocy kotła. Oznacza to, że dla kotła o mocy 40 W najbardziej odpowiedni będzie przepływ czynnika grzewczego wynoszący 40 l/min.

W podobny sposób oblicza się przepływ wody dla pojedynczego pomieszczenia lub grupy pomieszczeń. W tym przypadku orientuje się na łączną moc grzejników zamontowanych na danym odcinku.

Prędkość przepływu czynnika grzewczego w obiegu systemu grzewczego w dużej mierze zależy od tego, jak prawidłowo dobrana została średnica rur.

Średnica rur grzewczych określana jest zgodnie z ustalonym przepływem czynnika grzewczego:

• przy przepływie 5,7 l/min potrzebne są rury półcalowe;
• przy przepływie 15 l/min potrzebne są rury trzy czwarte cala;
• przy przepływie 30 l/min potrzebne są rury calowe;
• przy przepływie 53 l/min potrzebne są rury cal i ćwierć;
• przy przepływie 83 l/min potrzebne są rury półtora cala;
• przy przepływie 170 l/min potrzebne są rury dwucalowe;
• przy przepływie 320 l/min potrzebne są rury o średnicy dwóch i pół cala itp.

Aby określić parametry odpowiedniej pompy obiegowej, należy zmierzyć długość całego obwodu grzewczego, do którego będzie ona podłączona. Dla dziesięciu metrów systemu potrzebny jest ciśnienie pompy wynoszące 0,6 m. Dzięki prostym obliczeniom otrzymujemy, że dla systemu o długości 60 metrów potrzebna będzie pompa na 3,6 m.

Jednak te parametry są prawidłowe tylko dla systemu, w którym średnica rur została odpowiednio dobrana, jak wskazano powyżej. Jeśli użyto zbyt wąskich przewodów, należy wybrać silniejszą pompę, aby pokonać nadmierne ciśnienie hydrauliczne powstające w systemie z powodu nieprawidłowego doboru rur.

Szczegółowe zalecenia dotyczące wyboru pompy obiegowej przedstawiliśmy w tym artykule.

Automatyczny odpowietrznik lub mechaniczne urządzenie do odprowadzania nadmiaru powietrza – kurek Mayevskiego – są potrzebne do odprowadzania powietrza z systemu zamkniętego. Urządzenia te są niezbędne w obiegach grzewczych, pozwalają zapobiec problemowi zapowietrzenia. Instaluje się je na grzejnikach, na pionach zasilających, a także w problematycznych miejscach skomplikowanych schematów ogrzewania.

Ta zasada działa również w przeciwnym kierunku: jeśli rury są szersze niż wymagane normą, należy obniżyć obliczeniową moc pompy obiegowej.

Ważnym elementem wymuszonych systemów grzewczych jest grupa bezpieczeństwa:

Specjaliści zalecają zakup nie jednego, ale od razu dwóch takich urządzeń. Jeden – główny, a drugi – zapasowy. Można go zamontować na bypassie lub przechowywać w spiżarni.

Pompa obiegowa jest zazwyczaj odporna na awarie, ale wrażliwa na jakość wody w obiegu grzewczym. Aby przedłużyć pracę urządzeń grzewczych, warto przewidzieć filtrację czynnika grzewczego oraz terminowe działania związane z płukaniem systemu.

Schematy systemów z cyrkulacją pompową

Systemy grzewcze z wymuszoną cyrkulacją różnią się w następujący sposób:

• jako jedno- lub dwururowe (sposób podłączenia rur do grzejników);
• z pionowymi pionami lub poziomymi magistralami;
• ślepe lub z przepływem współbieżnym czynnika grzewczego
• z rozgałęzieniem górnym lub dolnym.

Systemy jednorurowe spotykane są coraz rzadziej, ponieważ ich wady znacznie przewyższają zalety. Jest to bardzo prosty wariant, w którym grzejniki połączone są szeregowo. Czynnik grzewczy przepływa kolejno przez każde urządzenie grzewcze, stopniowo się ochładzając.

Oczywiste jest, że przy takim schemacie pierwsze grzejniki będą lepiej ogrzewać pomieszczenie niż te znajdujące się na końcu systemu. Konieczne jest zainstalowanie na końcowym odcinku magistrali większej liczby grzejników niż na początku, aby wyrównać różnicę temperatur.

Jednurowe systemy grzewcze są proste w realizacji i nie będą drogie, ale problem nierównomiernego nagrzewania i zależności od awarii jednego grzejnika sprawiły, że są one praktycznie nieużywane w nowoczesnych warunkach

Takie rozwiązanie jest bardzo niewygodne, ponieważ nie można odłączyć tylko jednego grzejnika w przypadku awarii, trzeba będzie spuścić czynnik grzewczy z całego obiegu. Schemat dwururowy zakłada podłączenie każdego grzejnika równolegle za pomocą dwóch rur do wspólnej magistrali.

Oczywiście, będzie to wymagało użycia większej ilości materiałów, całkowity koszt i czas montażu będą wyższe niż w przypadku wariantu jednorurowego.

Dwururowe systemy grzewcze pozwalają równomiernie ogrzać każde pomieszczenie, przy czym awaria jednego grzejnika nie będzie powodem do wyłączenia całego obiegu

Na każdym grzejniku przy podłączeniu dwururowym instaluje się zawory odcinające. Umożliwia to w razie potrzeby zdjęcie lub odłączenie tylko jednego grzejnika, podczas gdy pozostałe elementy systemu nadal działają w normalnym trybie.

W takim schemacie ogrzewanie odbywa się równomiernie, ponieważ czynnik grzewczy dociera do każdego grzejnika oddzielną linią, a następnie wraca do kotła w celu ogrzania, a nie przemieszcza się do pozostałych grzejników.

Piony pionowe są stosowane w budynkach wielopiętrowych, wygodnie jest do nich podłączać grzejniki znajdujące się na różnych piętrach. Konstrukcja pionowa sprzyja szybkiemu usuwaniu powietrza, które dostało się do instalacji, co znacznie zmniejsza ryzyko tworzenia się korków powietrznych.

Stworzenie pionowego systemu ogrzewania nie będzie tanie, jest to jednak skuteczny schemat, odporny na zapowietrzanie, doskonale nadaje się do montażu w budynkach wielopiętrowych.

W schematach poziomych główna magistrala, do której równolegle podłącza się grzejniki, znajduje się, jak wynika z nazwy, w płaszczyźnie poziomej. Ten typ instalacji jest odpowiedni do ogrzewania parterowych budynków o dużej powierzchni.

Stosunkowo niedroga opcja nie jest wolna od ryzyka powstawania korków powietrznych. Aby zapobiec tego rodzaju problemom, stosuje się automatyczne odpowietrzniki. Zasady usuwania korka powietrznego z instalacji grzewczej szczegółowo omówiliśmy tutaj.

Poziome systemy ogrzewania są stosunkowo niedrogie, zwykle stosuje się je przy projektowaniu budynków o dużej powierzchni na jedną lub dwie kondygnacje.

Nierównomierne ogrzewanie jest charakterystyczne nie tylko dla systemów jednorurowych, ale także dla ślepego wariantu ogrzewania, który jest dość powszechnie stosowany.

W takim schemacie dopływ czynnika grzewczego odbywa się w kierunku przeciwnym do ruchu powrotu. W rezultacie w instalacji pojawiają się grzejniki, które otrzymują już nieco schłodzony czynnik grzewczy, który po nich trafia do rury powrotnej.

W systemach ślepych grzejniki oddalone od pionu zasilającego otrzymują mniej ciepła niż te znajdujące się w jego pobliżu. W schematach z ruchem współbieżnym wszystkie elementy instalacji działają w jednakowym trybie.

W rezultacie do grzejników najbliższych pionu dociera więcej ciepła, a do oddalonych – mniej. Na małych powierzchniach różnica ta może być niezauważalna, ale w przestronnych domach będzie odczuwalna. W takiej sytuacji zaleca się wykonanie kilku krótszych magistral zamiast jednej długiej, aby cały czynnik grzewczy krążył po gałęziach z mniej więcej jednakową temperaturą.

System równoległy opiera się na jednakowej długości pierścieni cyrkulacyjnych w całym domu, co pozwala osiągnąć wyjątkowo dokładną równomierność ogrzewania. Jednak wdrożenie tego wariantu rozdzielacza nie jest łatwe, ponieważ wymaga poprowadzenia dużej liczby rur.

Rozprowadzenie górne w systemach grzewczych stosuje się, gdy dostępne jest poddasze, na którym można zamontować naczynie wyrównawcze. Jeśli nie ma takiej możliwości, z powodzeniem można zastosować rozprowadzenie dolne ogrzewania.

Rozprowadzenie górne i dolne wzięły nazwę od miejsca umieszczenia rury zasilającej. W pierwszym przypadku czynnik grzewczy wpływa do systemu z góry, a w drugim – z dołu.

Przy rozprowadzeniu górnym naczynie wyrównawcze instaluje się w najwyższym punkcie systemu, a czynnik grzewczy rozprowadza się pod wpływem grawitacji. Powrót będzie umieszczony poniżej grzejników. Do realizacji takiego projektu w domu jednorodzinnym konieczne jest poddasze, na którym instaluje się naczynie.

Jeśli warunki dla rozprowadzenia górnego nie występują, stosuje się drugi wariant, gdy zasilanie czynnika grzewczego odbywa się z dołu, a powrót jest umieszczony powyżej grzejników. Zadanie przemieszczania czynnika grzewczego z dostatecznie wysoką prędkością spoczywa głównie na pompie cyrkulacjnej.

Taki schemat montuje się stopniowo, od dolnego piętra do górnego, przy czym magistralę zasilającą wykonuje się z niewielkim spadkiem, aby zapobiec powstawaniu pęcherzy powietrznych.

W celu usunięcia pęcherzy powietrznych instalacje grzewcze wyposaża się w automatyczne odpowietrzniki:

Gdzie umieścić pompę cyrkulacyjną?

Najczęściej pompę cyrkulacyjną instaluje się na powrocie, a nie na zasilaniu. Uważa się, że tutaj ryzyko szybkiego zużycia i awarii urządzenia jest niższe, ponieważ czynnik grzewczy już ostygł. Ale w przypadku nowoczesnych pomp nie jest to konieczne, ponieważ mają one łożyska z tzw. smarowaniem wodnym. Są one zaprojektowane właśnie do takich warunków eksploatacji.

Oznacza to, że pompę obiegową można zainstalować również na zasilaniu, tym bardziej że ciśnienie hydrostatyczne układu jest tutaj niższe. Miejsce instalacji urządzenia umownie dzieli system na dwie części: obszar tłoczenia i obszar ssania. Pompa zainstalowana na zasilaniu, bezpośrednio za naczyniem wzbiorczym, będzie pobierać wodę ze zbiornika i tłoczyć ją do systemu.

Pompa obiegowa w systemie grzewczym dzieli obieg na dwie części: obszar tłoczenia, do którego dopływa czynnik grzewczy, oraz obszar podciśnienia, z którego jest on wypompowywany.

Jeśli natomiast pompa zostanie zainstalowana na powrocie przed naczyniem wzbiorczym, będzie on wtłaczać wodę do naczynia, wypompowując ją z systemu. Zrozumienie tej kwestii pomoże uwzględnić cechy ciśnienia hydraulicznego w różnych punktach systemu. Gdy pompa pracuje, ciśnienie dynamiczne w systemie przy niezmiennej ilości czynnika grzewczego pozostaje stałe.

Ważne jest nie tylko wybranie optymalnego miejsca do montażu urządzenia pompowego, ale także jego prawidłowa instalacja. Zalecamy zapoznanie się z niuansami instalacji pompy obiegowej.

Naczynie wzbiorcze wytwarza tzw. ciśnienie statyczne. W stosunku do tego wskaźnika w obszarze tłoczenia systemu grzewczego powstaje podwyższone ciśnienie hydrauliczne, a w obszarze podciśnienia – obniżone.

Podciśnienie może być tak silne, że osiągnie poziom ciśnienia atmosferycznego lub nawet będzie niższe, a to stwarza warunki do przedostawania się powietrza z otoczenia do systemu.

W obszarze wzrostu ciśnienia powietrze może natomiast być wypychane z systemu, czasami obserwuje się wrzenie czynnika grzewczego. Wszystko to może prowadzić do nieprawidłowej pracy urządzeń grzewczych. Aby uniknąć takich problemów, należy zapewnić nadciśnienie w obszarze ssania.

W tym celu można zastosować jedno z następujących rozwiązań:

• podnieść naczynie wzbiorcze na wysokość co najmniej 80 cm od poziomu ułożenia rur grzewczych;
• umieścić naczynie przeponowe w najwyższym punkcie systemu;
• odłączyć przyłączkę naczynia przeponowego od zasilania i przełożyć ją na powrót za pompą;
• zamontować pompę nie na powrocie, a na zasilaniu.

Podniesienie naczynia przeponowego na wystarczającą wysokość nie zawsze jest możliwe. Zazwyczaj umieszcza się je na strychu, jeśli jest tam odpowiednia przestrzeń. Ważne jest przy tym przestrzeganie zasad montażu naczynia, aby zapewnić jego bezproblemowe działanie.

Szczegółowe zalecenia dotyczące instalacji i podłączenia naczynia przeponowego przedstawiliśmy w innym naszym artykule.

Jeśli strych nie jest ogrzewany, naczynie należy bezwzględnie zaizolować. Dość trudno jest przenieść zbiornik w najwyższy punkt systemu z wymuszoną cyrkulacją, jeśli poprzednio był on zaprojektowany jako grawitacyjny.

Trzeba będzie przerobić część rurociągu, aby spadek rur był skierowany w stronę kotła. W systemach grawitacyjnych spadek zazwyczaj wykonuje się w stronę kotła.

Naczynie przeponowe zainstalowane w pomieszczeniu nie wymaga dodatkowej ochrony, ale jeśli jest instalowane na nieogrzewanym strychu, należy zadbać o izolację termiczną tego urządzenia.

Zmiana położenia przyłączki naczynia z zasilania na powrót zazwyczaj nie jest trudna do wykonania. Równie prosto można zrealizować ostatni wariant: wpiąć w system pompę cyrkulacyjną na magistrali zasilającej za naczyniem przeponowym.

W takiej sytuacji zaleca się wybrać maksymalnie niezawodny model pompy, który przez długi czas będzie w stanie wytrzymać kontakt z gorącym czynnikiem grzewczym.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Z ciekawymi informacjami na temat systemów grzewczych z wymuszonym obiegiem można zapoznać się w tym filmie:

Bardziej szczegółowe informacje na temat obliczeń niezbędnych przy wyborze pompy cyrkulacyjnej znajdują się tutaj:

W tym materiale szczegółowo opisano budowę i sposób montażu pompy cyrkulacyjnej:

Systemy grzewcze z wymuszonym obiegiem nie są tak skomplikowane, jak mogłoby się wydawać na pierwszy rzut oka. Aby jednak zrealizować takie zadanie, należy prawidłowo wykonać obliczenia i sporządzić rzetelny projekt. Przy spełnieniu tych warunków można zapewnić swojemu domowi niezawodne i wydajne ogrzewanie.

Dobierają Państwo optymalny schemat dla swojego domu systemu grzewczego z wymuszonym obiegiem? Być może mają Państwo pytania, których nie omówiliśmy w tym artykule? Proszę je zadać naszemu ekspertowi w sekcji komentarzy.

Albo chcą Państwo uzupełnić materiał praktycznymi wskazówkami dotyczącymi montażu urządzeń pompowych? Proszę do nas napisać – Państwa uwagi pomogą wielu początkującym.