Tradiční topné systémy s přirozenou a nucenou cirkulací chladiva. Část 2 – článek v internetovém obchodě TermoUnion

Velikost lokálního odporu závisí: zaprvé na rychlosti chladicí kapaliny a v důsledku toho na změně průřezu jejího proudění, což vede ke změně této rychlosti v kotli, topných zařízeních, kohoutcích, a zadruhé na změně směru pohybu a objemu chladicí kapaliny v ohybech, odpalích a křížích.

V systémech s přirozenou cirkulací v nízkopodlažních budovách je cirkulační tlak nevýznamný – pouze desítky milimetrů vodního sloupce. Tak malý cirkulační tlak neumožňuje realizovat systémy značné délky a navíc v nich nelze dovolit významnou rychlost pohybu chladiva; potrubí proto musí mít velký průměr. To vede k dostatečné spotřebě kovu a takové systémy mohou být ekonomicky nerentabilní. Proto se použití systémů s přirozenou cirkulací doporučuje pouze pro malé domy.

Současně mají topné systémy s přirozenou cirkulací chladicí kapaliny řadu výhod, které v některých případech určují volbu takových systémů:

• Relativní snadnost instalace a provozu;
• Žádné oběhové čerpadlo a nezávislost na zdroji elektrické energie;
• Samoregulace zajišťuje rovnoměrnou teplotu v místnostech. Se změnou teploty a měrné hmotnosti chladiva v systému se mění i jeho spotřeba – v důsledku zvýšení nebo snížení cirkulačního tlaku. Současná změna teploty a spotřeby chladiva zajišťuje přenos tepla topnými zařízeními, nezbytný k udržení dané teploty v místnostech, tj. zajišťuje tepelnou stabilitu systému;
• Dlouhá životnost. Při správném používání může systém fungovat čtyřicet let i déle bez větších oprav.

Nevýhody topných systémů s přirozenou cirkulací chladiva:

• Malý akční rádius (až 30 m horizontálně) díky nízkému cirkulačnímu tlaku;
• Vysoká setrvačnost a pomalý rozběh v důsledku relativně dlouhé doby, kterou systém potřebuje k dosažení specifikovaného tepelného režimu;
• Zvýšené riziko zamrznutí vody v potrubí vedeném nevytápěnými místnostmi, nízká rychlost pohybu chladicí kapaliny;
• Zvýšené náklady na systém v důsledku použití trubek s velkým průměrem, jakož i zvýšená spotřeba kovu a náklady na práci při instalaci systému.

Vzhledem k malému rozdílu tlaku v přívodním a vratném potrubí gravitačního systému a významnému poklesu tlaku se zvětšením celkové délky všech trubek je nutné zajistit co nejnižší tlakové ztráty v potrubích, což bude vyžadovat zvětšení průměrů trubek, armatur a uzavíracích a regulačních ventilů. V důsledku toho se zvyšuje objem chladicí kapaliny a zvyšuje se setrvačnost takového systému, což zase zpomaluje spouštění a reakci na změny provozních parametrů systému jako celku a v konečném důsledku vede ke zvýšení spotřeby paliva a zvýšení nákladů na systém. Podle hrubého odhadu dvojnásobné zvětšení průměru trubek zvyšuje jeho cenu 2,5–3krát a armatur 3–10krát, v závislosti na materiálu výroby.

Topné systémy s nucenou (pomocí čerpadla) cirkulací chladiva nemají uvedené nevýhody. V takových systémech speciální oběhová čerpadla pohybují značným objemem chladiva a vytvářejí relativně malý tlak. Tato čerpadla, která pracují v uzavřených okruzích topného systému, nezvedají, ale pouze pohybují vodu a vytvářejí cirkulaci, a proto se jim říká oběhová čerpadla. Použití čerpacích topných systémů umožňuje výrazně zvětšit délku potrubí a snížit obsah kovu v systému zmenšením průměrů trubek. Oběhové čerpadlo navíc umožňuje opustit horní potrubí.

Použití jednotrubkového topného systému umožňuje snížit náklady na vytápění domu úsporou potrubí. Takový systém má však řadu nevýhod. Zaprvé, v důsledku sériového zapojení topných zařízení se teplota chladicí kapaliny ve směru pohybu snižuje a chladicí kapalina vstupuje do každého dalšího zařízení s nižší teplotou. Aby se proto zajistila víceméně stejná teplota vzduchu ve všech místnostech, je nutné zvětšit plochu topných zařízení nebo zvýšit jejich počet v závislosti na vzdálenosti od kotle. Zadruhé, není možné přesně regulovat tepelný výkon každého topného zařízení a teplotu vzduchu v jednotlivých místnostech. Jednotrubkové systémy ohřevu vody se používají hlavně pro autonomní zásobování teplem malých objektů – jednotlivých bytů a jedno- a dvoupatrových rodinných domů, u kterých uvedené nevýhody nemají významný vliv na úspory tepelné energie.

V moderní bytové výstavbě se nejčastěji používá energeticky úspornější dvoutrubkový systém s oběhovým čerpadlem instalovaným na přívodním nebo vratném potrubí. První možnost se používá hlavně u velkých rozvětvených topných systémů, protože v tomto případě se dosahuje lepšího rozložení tlaku. Přednost se dává dvoutrubkovým systémům s čerpadly a termostaty na vstupech do topných zařízení nebo s termostaty zabudovanými v topných zařízeních. Podle některých údajů spotřebovávají takové dvoutrubkové systémy o 10–15 % méně tepelné energie než jednotrubkové systémy.

V dnešní době, kdy je primárním úkolem úspora paliv a energetických zdrojů, se doporučuje zavádět nové topné systémy s cirkulací chladiva pomocí čerpadla a rekonstruovat gravitační systémy s nucenou cirkulací. Jedním z příkladů modernizace gravitačního topného systému s nucenou cirkulací je taková modernizace, která umožňuje zlepšit cirkulaci, zkrátit dobu ohřevu a zvýšit hydraulickou stabilitu systému.

Topná zařízení se připojují k potrubí topného systému z jedné strany (jednostranné připojení) nebo z opačných stran (vícestranné připojení). Jednostranné připojení zjednodušuje a snižuje náklady na stavební práce (méně otvorů a drážek ve stěnách, podlaze atd.). Vícestranné připojení zvyšuje tepelný tok v topném zařízení a rovnoměrněji rozkládá topné pole. Tento typ připojení se používá u topných zařízení značné délky, jako jsou litinové radiátory s více než dvaceti žebry.

Pro zajištění rychlého a rovnoměrného ohřevu všech topných zařízení je nutné při návrhu topného systému vypočítat minimální délku cirkulačních okruhů (kruhů). Je vhodné zajistit několik cirkulačních okruhů s kotlem uprostřed topných zátěží.