Zamknięty system ogrzewania: schematy i cechy montażu systemu zamkniętego
Główną cechą odróżniającą zamknięty system ogrzewania od otwartego jest jego izolacja od wpływu środowiska zewnętrznego. W takim schemacie znajduje się pompa obiegowa, która stymuluje przepływ czynnika grzewczego. Schemat ten pozbawiony jest wielu wad charakterystycznych dla otwartego obiegu grzewczego.
O zaletach i wadach zamkniętych schematów ogrzewania dowiesz się, czytając nasz artykuł. W nim szczegółowo przeanalizowano warianty urządzenia, specyfikę montażu i działania systemów zamkniętych. Dla majsterkowiczów podano przykład obliczeń hydraulicznych.
Przedstawione informacje opierają się na normach budowlanych. Aby zoptymalizować odbiór trudnego tematu, tekst uzupełniono przydatnymi schematami, zestawami zdjęć i poradnikami wideo.
Spis treści artykułu:
Zasada działania systemu zamkniętego
Rozszerzalność temperaturowa w systemie zamkniętym jest kompensowana przez zastosowanie membranowego zbiornika wyrównawczego, który napełnia się wodą podczas ogrzewania. Podczas chłodzenia woda ze zbiornika wraca do systemu, utrzymując w ten sposób stałe ciśnienie w obiegu.
Ciśnienie wytworzone w zamkniętym obiegu grzewczym podczas montażu jest przenoszone na cały system. Cyrkulacja czynnika grzewczego odbywa się wymuszenie, dlatego system ten jest zależny od energii elektrycznej. Bez pompy obiegowej nie będzie przepływu podgrzanej wody rurami do urządzeń i z powrotem do generatora ciepła.
Główne elementy zamkniętego obiegu:
- kocioł;
- zawór odpowietrzający;
- zawór termostatyczny;
- grzejniki;
- rury;
- zbiornik wyrównawczy, nie mający kontaktu z atmosferą;
- zawór równoważący;
- zawór kulowy;
- pompa, filtr;
- zawór bezpieczeństwa;
- manometr;
- łączniki, mocowania.
Jeśli zasilanie elektryczne domu jest nieprzerwane, zamknięty system działa efektywnie. Często konstrukcję uzupełnia się o „ogrzewanie podłogowe”, co zwiększa jej oszczędność i oddawanie ciepła.

Takie umiejscowienie pozwala nie trzymać się określonej średnicy rurociągu, obniżyć koszty zakupu materiałów i nie układać rurociągu pod spadkiem, co upraszcza montaż. Do pompy musi dopływać ciecz o niskiej temperaturze, w przeciwnym razie jej eksploatacja jest niemożliwa.

Ta opcja ma również jedną negatywną kwestię – podczas gdy przy stałym spadku ogrzewanie działa nawet przy braku zasilania elektrycznego, to przy ściśle poziomym ułożeniu rurociągu zamknięty system nie działa. Wadę tę rekompensuje wysoka sprawność i szereg pozytywnych aspektów w porównaniu z innymi rodzajami systemów grzewczych.
Montaż jest stosunkowo prosty i możliwy w pomieszczeniu o dowolnej powierzchni. Izolacja rurociągu nie jest potrzebna, nagrzewanie następuje bardzo szybko, jeśli w obiegu znajduje się termostat, można ustawić tryb temperatury. Jeśli system jest prawidłowo skonfigurowany, nie ma strat czynnika grzewczego, a zatem i powodów do jego uzupełniania.
Niewątpliwym plusem systemu grzewczego typu zamkniętego jest to, że różnica temperatur na zasilaniu i powrocie pozwala wydłużyć żywotność kotła. Rurociąg w zamkniętym obiegu jest mniej podatny na korozję. Istnieje możliwość wtłoczenia do obiegu płynu niezamarzającego zamiast wody, gdy ogrzewanie musi być wyłączone na dłuższy czas w zimie.

Ochrona systemu przed powietrzem
Teoretycznie do zamkniętego systemu ogrzewania powietrze nie powinno napływać, ale w rzeczywistości jest ono tam obecne. Gromadzi się ono podczas napełniania rur i grzejników wodą. Drugą przyczyną może być rozszczelnienie złączy.
W wyniku pojawienia się zapowietrzeń, wydajność cieplna systemu spada. Aby przeciwdziałać temu zjawisku, w systemie instaluje się specjalne zawory i kraniki do odpowietrzania.

Aby zminimalizować ryzyko wystąpienia zapowietrzeń, należy przestrzegać określonych zasad podczas napełniania zamkniętego systemu:
- Dostarczać wodę od punktu dolnego do górnego. W tym celu należy poprowadzić rury tak, aby woda i wydzielające się powietrze poruszały się w tym samym kierunku.
- Pozostawić otwarte zawory do odpowietrzania i zamknięte zawory do spustu wody. W ten sposób podczas stopniowego podnoszenia nośnika ciepła powietrze będzie uchodzić przez niezamknięte odpowietrzniki.
- Zamknąć zawór odpowietrzający, gdy tylko zacznie przez niego wypływać woda. Proces kontynuować płynnie aż do całkowitego napełnienia obiegu nośnikiem ciepła.
- Uruchomić pompę.
Jeśli w obiegu grzewczym znajdują się grzejniki aluminiowe, to odpowietrznik na każdym z nich jest niezbędny. Aluminium, stykając się z nośnikiem ciepła, wywołuje reakcję chemiczną, której towarzyszy wydzielanie tlenu. W częściowo bimetalicznych grzejnikach problem jest ten sam, ale powietrza tworzy się znacznie mniej.

W grzejnikach w 100% bimetalicznych nośnik ciepła nie kontaktuje się z aluminium, ale profesjonaliści nalegają na obecność odpowietrznika również w tym przypadku. Specyficzną konstrukcję panelowych grzejników stalowych już w procesie produkcyjnym wyposaża się w zawory do spuszczania powietrza.
Na starych grzejnikach żeliwnych powietrze usuwa się za pomocą zaworu kulowego, inne urządzenia są tutaj mało skuteczne.
Krytycznymi punktami w obiegu grzewczym są załamania rur i górne punkty systemu, dlatego w tych miejscach montuje się urządzenia do odpowietrzania. W zamkniętym obiegu stosuje się zawory Mayewskiego lub automatyczne zawory pływakowe, umożliwiające odpowietrzanie bez udziału człowieka.
W obudowie tego urządzenia znajduje się polipropylenowy pływak, połączony za pomocą dźwigni z zaworem. W miarę napełniania komory pływaka powietrzem, pływak opada, a po osiągnięciu dolnego położenia otwiera zawór, przez który powietrze uchodzi.
W opróżnioną z gazu objętość wpływa woda, pływak unosi się i zamyka zawór. Aby do wnętrza zaworu nie dostały się zanieczyszczenia, przykrywa się go osłoną ochronną.

Istnieją modyfikacje, w których proces ten przebiega inaczej, ale zasada jest ta sama: pływak w dolnym położeniu – następuje wypuszczanie gazu; pływak podniesiony – zawór zamknięty, powietrze gromadzi się. Cykl powtarza się automatycznie i nie wymaga obecności człowieka.
Obliczenia hydrauliczne dla systemu zamkniętego
Aby nie pomylić się przy doborze średnicy rur i mocy pompy, konieczne są obliczenia hydrauliczne systemu.
Efektywna praca całego systemu nie jest możliwa bez uwzględnienia 4 podstawowych aspektów:
- Określenie ilości czynnika grzewczego, którą należy dostarczyć do grzejników, aby zapewnić zadany bilans cieplny w domu niezależnie od temperatury zewnętrznej.
- Maksymalne obniżenie kosztów eksploatacyjnych.
- Zminimalizowanie nakładów finansowych, zależnych od wybranej średnicy rurociągu.
- Stabilna i cicha praca systemu.
Rozwiązać te zadania pomogą obliczenia hydrauliczne, które pozwolą dobrać optymalne średnice rur z uwzględnieniem ekonomicznie uzasadnionych prędkości przepływu czynnika grzewczego, określić straty ciśnienia hydraulicznego na poszczególnych odcinkach, powiązać i wyważyć gałęzie systemu. Jest to złożony i pracochłonny, ale niezbędny etap projektowania.
Zasady obliczania przepływu czynnika grzewczego
Obliczenia są możliwe przy posiadaniu obliczeń cieplnych i po doborze grzejników pod względem mocy. Obliczenia cieplne powinny zawierać uzasadnione dane dotyczące ilości energii cieplnej, obciążeń, strat ciepła. Jeśli tych danych brak, przyjmuje się moc grzejnika na podstawie powierzchni pomieszczenia, ale wyniki obliczeń będą mniej dokładne.

Rozpoczyna się od schematu. Najlepiej wykonać go w rzucie aksonometrycznym i nanieść wszystkie znane parametry. Przepływ czynnika grzewczego określa się według wzoru:
G = 860q/∆t kg/h,
gdzie q — moc grzejnika w kW, ∆t — różnica temperatur między powrotem a zasilaniem. Po określeniu tej wartości, na podstawie tabel Szewielewa określa się przekrój rur.
Aby skorzystać z tych tabel, wynik obliczeń należy przeliczyć na litry na sekundę według wzoru: GV = G /3600ρ. GV oznacza przepływ czynnika grzewczego w l/s, ρ to gęstość wody wynosząca 0,983 kg/l przy temperaturze 60 stopni C. Z tabel można łatwo dobrać przekrój rury, nie wykonując pełnych obliczeń.

Kolejność obliczeń łatwiej zrozumieć na przykładzie prostego schematu obejmującego kocioł i 10 grzejników. Schemat należy podzielić na odcinki, gdzie przekrój rur i przepływ czynnika grzewczego są wartościami stałymi.
Pierwszy odcinek to linia biegnąca od kotła do pierwszego grzejnika. Drugi to odcinek między pierwszym a drugim grzejnikiem. Trzeci i kolejne odcinki wyodrębnia się analogicznie.
Temperatura od pierwszego do ostatniego urządzenia stopniowo spada. Jeżeli na pierwszym odcinku energia cieplna wynosi 10 kW, to przy przejściu przez pierwszy grzejnik czynnik grzewczy oddaje mu pewną ilość ciepła, a ciepło odprowadzone zmniejsza się o 1 kW itd.
Natężenie przepływu czynnika grzewczego można obliczyć według wzoru:
Q=(3.6×Qucz)/(c×(tr-to))
Tutaj Qucz to obciążenie cieplne odcinka, c to ciepło właściwe wody, mające stałą wartość 4,2 kJ/(kg·°C), tr to temperatura gorącego czynnika grzewczego na wejściu, to to temperatura schłodzonego czynnika grzewczego na wyjściu.
Optymalna prędkość przepływu gorącego czynnika grzewczego w rurociągu wynosi od 0,2 do 0,7 m/s. Przy niższej wartości w systemie pojawią się pęcherze powietrza. Na ten parametr wpływa materiał produktu, chropowatość wewnątrz rury.
Zarówno w otwartych, jak i zamkniętych obiegach grzewczych stosuje się rury ze stali czarnej i nierdzewnej, miedzi, polipropylenu, polietylenu różnych modyfikacji, polibutylenu itp.
Przy prędkości czynnika grzewczego w zalecanych granicach 0,2-0,7 m/s, w rurociągu polimerowym będą obserwowane straty ciśnienia od 45 do 280 Pa/m, a w rurach stalowych — od 48 do 480 Pa/m.
Wewnętrzną średnicę rur na odcinku (dwew) określa się na podstawie wielkości strumienia ciepła i różnicy temperatur na wejściu i wyjściu (∆tco=20 stopni C dla schematu 2-rurowego) lub przepływu czynnika grzewczego. W tym celu istnieje specjalna tabela:

Aby wybrać obieg, należy rozpatrzyć oddzielnie schematy jedno- i 2-rurowe. W pierwszym przypadku oblicza się pion z największą liczbą urządzeń, a w drugim — obciążony obieg. Długość odcinka pobiera się z planu wykonanego w skali.
Wykonanie dokładnych obliczeń hydraulicznych jest możliwe tylko dla specjalisty o odpowiednim profilu. Istnieją specjalne programy, które umożliwiają wykonanie wszystkich obliczeń dotyczących charakterystyk cieplnych i hydraulicznych, z których można skorzystać przy projektowaniu systemu grzewczego dla swojego domu.
Dobór pompy obiegowej
Celem obliczeń jest uzyskanie wartości ciśnienia, jakie pompa musi wytworzyć, aby przepchnąć wodę przez system. W tym celu stosuje się wzór:
P = Rl + Z
W której:
- P — to straty ciśnienia w rurociągu w Pa;
- R — opór jednostkowy tarcia w Pa/m;
- l — długość rury na odcinku obliczeniowym w m;
- Z — straty ciśnienia na 'wąskich' odcinkach w Pa.
Obliczenia te upraszczają te same tabele Szewelowa, z których można znaleźć wartość oporu tarcia, tylko 1000i trzeba przeliczyć na konkretną długość rury. I tak, jeśli średnica wewnętrzna rury wynosi 15 mm, długość odcinka 5 m, a 1000i = 28,8, to Rl = 28,8 x 5/1000 = 0,144 bara. Po znalezieniu wartości Rl dla każdego odcinka sumuje się je.
Wartość straty ciśnienia Z zarówno dla kotła, jak i dla grzejników znajduje się w dokumentacji. Na inne opory specjaliści radzą przyjmować 20% od Rl, a następnie sumować wyniki dla poszczególnych odcinków i mnożyć przez współczynnik 1,3. W rezultacie otrzymamy wymagany pobór pompy. Dla systemów jedno- i dwururowych obliczenia są takie same.

W przypadku, gdy pompę dobiera się do już istniejącego kotła, stosuje się wzór: Q=N/(t2-t1), gdzie N — moc urządzenia grzewczego w W, t2 i t1 — temperatura czynnika grzewczego na wyjściu z kotła i na powrocie odpowiednio.
Jak obliczyć zbiornik wyrównawczy?
Obliczenia sprowadzają się do określenia wielkości, o jaką zwiększy się objętość czynnika grzewczego podczas jego ogrzewania od średniej temperatury pokojowej +20 stopni C do roboczej — od 50 do 80 stopni. Obliczenia te nie są łatwe, ale istnieje inny sposób rozwiązania problemu: specjaliści radzą wybierać naczynie o objętości równej 1/10 całkowitej ilości cieczy w systemie.

Dane te można uzyskać z dokumentacji urządzenia, gdzie podana jest pojemność płaszcza wodnego kotła i 1 sekcji grzejnika. Następnie oblicza się pole przekroju rur o różnych średnicach i mnoży przez odpowiednią długość.
Wyniki sumuje się, dodaje do nich dane z dokumentacji i z całości bierze 10%. Jeśli cały system mieści 200 l czynnika grzewczego, to potrzebne jest naczynie wzbiorcze o objętości 20 l.
Kryteria wyboru zbiornika
Wykonuje się naczynia wyrównawcze ze stali. Wewnątrz znajduje się membrana, dzieląca zbiornik na 2 komory. Pierwsza wypełniona jest gazem, a druga — czynnikiem grzewczym. Gdy temperatura wzrasta i woda przepływa z systemu do zbiornika, pod jej naporem gaz ulega sprężeniu. Czynnik grzewczy nie może zająć całej objętości z powodu obecności gazu w zbiorniku.
Pojemność naczyń wyrównawczych bywa różna. Parametr ten dobiera się w taki sposób, aby gdy ciśnienie w systemie osiągnie swój szczyt, woda nie podniosła się powyżej ustalonego poziomu. Jako zabezpieczenie zbiornika przed przepełnieniem w konstrukcji zastosowano zawór bezpieczeństwa. Normalne napełnienie zbiornika wynosi od 60 do 30%.

Wybór optymalnego schematu
Przy urządzaniu ogrzewania w domu jednorodzinnym stosuje się schematy dwóch rodzajów: jedno- i dwururowe. Jeśli je porównać, to ten drugi jest bardziej efektywny. Ich główna różnica polega na sposobach podłączenia grzejników do rurociągów. W systemie dwururowym obowiązkowym elementem schematu grzewczego jest indywidualny pion, którym schłodzony czynnik grzewczy wraca do kotła.
Montaż systemu jednorurowego jest prostszy i mniej kosztowny finansowo. Zamknięty obieg tego systemu łączy w sobie zarówno rurociąg zasilający, jak i powrotny.
Jednorurowy system ogrzewania
W domach jedno- i dwupiętrowych o niewielkiej powierzchni dobrze sprawdził się schemat jednorurowego obiegu grzewczego typu zamkniętego, który stanowi rozgałęzienie 1 rury i szereg grzejników podłączonych do niej szeregowo.
Jest ona czasami potocznie nazywana „leningradką”. Czynnik grzewczy, oddając ciepło grzejnikowi, wraca do rury zasilającej, a następnie przechodzi przez kolejne urządzenie grzewcze. Ostatnie w kolejności grzejniki otrzymują mniej ciepła.

Zaletą takiego schematu jest ekonomiczny montaż — materiału i czasu potrzeba mniej niż w przypadku systemu dwururowego. W przypadku awarii jednego grzejnika, pozostałe będą działać normalnie przy użyciu obejścia.
Możliwości schematu jednorurowego są ograniczone — nie można go uruchomić etapowo, grzejniki nagrzewają się nierównomiernie, dlatego do ostatniego w łańcuchu należy dodać sekcje. Aby czynnik grzewczy nie stygł tak szybko, trzeba zwiększyć średnicę rur. Zaleca się podłączanie nie więcej niż 5 grzejników na każdą kondygnację.
Znane są 2 typy systemu: poziomy i pionowy. W budynku parterowym poziomy typ systemu grzewczego układa się zarówno nad, jak i pod podłogą. Zaleca się montować grzejniki na tym samym poziomie, a poziomy rurociąg zasilający pod niewielkim spadkiem w kierunku przepływu czynnika grzewczego.
Przy pionowym rozprowadzeniu woda z kotła unosi się w górę pionowym pionem głównym, trafia do rurociągu, rozdziela się na poszczególne piony, a z nich — do grzejników. Ochładzając się, ciecz tym samym pionem opada w dół, przechodząc przez wszystkie urządzenia, trafia do rurociągu powrotnego, a stamtąd pompa tłoczy ją z powrotem do kotła.

Po wybraniu zamkniętego typu systemu grzewczego montaż wykonuje się w następującej kolejności:
- Instaluje się kocioł. Najczęściej przeznacza się dla niego miejsce w piwnicy lub na parterze domu.
- Podłącza się rury do króćców wlotowych i wylotowych kotła, rozkłada je po obwodzie wszystkich pomieszczeń. Połączenia dobiera się w zależności od materiału rur głównych.
- Instaluje się zbiornik wyrównawczy, umieszczając go w najwyższym punkcie. Równocześnie montuje się grupę bezpieczeństwa, podłączając ją do przewodu głównego przez trójnik. Wykonuje się zamocowanie pionu głównego pionowego, podłącza się go do zbiornika.
- Przeprowadza się montaż grzejników z instalacją zaworów Maiewskiego. Najlepszy wariant: bypass i 2 zawory odcinające – jeden na wlocie, drugi na wylocie.
- Wykonuje się montaż pompy na odcinku, gdzie do kotła wpływa schłodzony czynnik grzewczy, uprzednio instalując filtr przed miejscem jej montażu. Wirnik ustawia się ściśle poziomo.
Niektórzy fachowcy instalują pompę z bypassem, aby nie spuszczać wody z układu w przypadku naprawy lub wymiany sprzętu.
Po zamontowaniu wszystkich elementów otwiera się zawór, napełnia się przewód czynnikiem grzewczym, usuwa się powietrze. Sprawdza się, jak całkowicie usunięto powietrze, odkręcając śrubę znajdującą się na pokrywie obudowy pompy. Jeśli spod niej wydobył się płyn, oznacza to, że urządzenie można uruchomić, uprzednio dokręcając wcześniej odkręconą śrubę centralną.
Ze sprawdzonymi w praktyce schematami jednorurowych systemów grzewczych i wariantami urządzenia możecie Państwo zapoznać się w innym artykule na naszej stronie.
Dwurowy system ogrzewania
Podobnie jak w przypadku systemu jednorurowego, istnieje rozprowadzenie poziome i pionowe, ale tutaj występuje zarówno przewód zasilający, jak i powrotny. Wszystkie grzejniki nagrzewają się jednakowo. Jeden typ różni się od drugiego tym, że w pierwszym przypadku istnieje wspólny pion i są do niego podłączone wszystkie urządzenia grzewcze.

Schemat pionowy przewiduje podłączenie grzejników do pionu umieszczonego pionowo. Jego zaletą jest to, że w budynku wielopiętrowym każde piętro podłączane jest do pionu indywidualnie.
Cechą charakterystyczną schematu dwururowego jest obecność rur doprowadzonych do każdego grzejnika: jednej przepływowej i drugiej powrotnej. Do podłączania urządzeń grzewczych istnieją 2 schematy. Jeden z nich to kolektorowy, gdy od kolektorów do grzejnika dochodzą 2 rury.
Schemat wyróżnia się skomplikowanym montażem, dużym zużyciem materiału, ale za to w każdym pomieszczeniu można regulować temperaturę.
Drugi – schemat równoległy jest prostszy. Piony są zainstalowane na obwodzie domu, podłączone do nich są grzejniki. Na całej kondygnacji przebiega poziom poziomy, a piony są z nim połączone.
Składowymi takiego systemu są:
- kocioł;
- zawór bezpieczeństwa;
- manometr;
- automatyczny odpowietrznik;
- zawór termostatyczny;
- grzejniki;
- pompa;
- filtr;
- zawór równoważący;
- zbiornik;
- zawór.
Przed przystąpieniem do montażu należy rozstrzygnąć kwestię rodzaju nośnika energii. Następnie instaluje się kocioł w osobnej kotłowni lub w piwnicy. Najważniejsze, aby zapewnić tam dobrą wentylację. Instaluje się rozdzielacz, jeśli jest przewidziany w projekcie, oraz pompę. Obok kotła montuje się osprzęt regulacyjny i pomiarowy.
Do każdego przyszłego grzejnika doprowadza się magistralę, a następnie instaluje się same grzejniki. Zawiesza się urządzenia grzewcze na specjalnych wspornikach tak, aby do podłogi pozostało około 10-12 cm, a od ścian 2-5 cm. Zaopatruje się otwory urządzeń na wlocie i wylocie w zawory odcinające i regulacyjne.

Po zamontowaniu wszystkich elementów systemu przeprowadza się jego próbę ciśnieniową. Zajmować się tym powinni profesjonaliści, ponieważ tylko oni mogą wydać odpowiedni dokument.
Szczegóły dotyczące urządzenia dwururowego systemu grzewczego opisane są tutaj, w artykule przedstawiono różne schematy i dokonano ich analizy.
Podsumowanie i przydatny film na ten temat
W tym materiale wideo przedstawiono przykład szczegółowych obliczeń hydraulicznych dwururowego systemu grzewczego zamkniętego dla domu dwupiętrowego w programie VALTEC.PRG:
Tutaj szczegółowo opisano budowę jednorurowego systemu grzewczego:
Samodzielne wykonanie montażu zamkniętego wariantu systemu grzewczego jest możliwe, ale nie obejdzie się bez konsultacji ze specjalistami. Kluczem do sukcesu jest prawidłowo wykonany projekt i wysokiej jakości materiały.
Czy pojawiły się pytania dotyczące specyfiki urządzenia zamkniętego obiegu grzewczego? Czy posiada Pan/Pani informacje na ten temat, które mogą zainteresować odwiedzających stronę i nas? Prosimy o napisanie komentarza w bloku poniżej.

Tylko nie dla każdego typu domu będzie odpowiednia, to również należy wziąć pod uwagę. System jest oczywiście niezwykle skuteczny, ale próba jego instalacji w domach, które mają już “kilkanaście” lat, a które zostały zaprojektowane pod inną sieć grzewczą, może być problematyczna. Należy pamiętać, że ten wariant jest odpowiedni tylko dla nowoczesnych budynków, w których sama konstrukcja domu była tak pomyślana od początku. Nie wykluczam, że mogę się mylić, ale w starych domach nie ryzykowałbym.
W starych domach nie ma żadnego ryzyka, ale wskazane jest jednak przerobienie całego systemu, łącznie z rurami i grzejnikami. Na przykład przy wymianie kotła. Właściwie nowoczesne kotły ścienne już mają wbudowane pompy i naczynia wzbiorcze. Tak więc pozostaje tylko wymiana rur i najlepiej grzejników. A jeszcze lepiej, zamontować ogrzewanie podłogowe. Zysk będzie zarówno w dizajnie, jak i w efektywności.