Rozwiązania źródła ciepła dla domu jednorodzinnego

Układ hydrauliczny kotłowni

Cechy kotła wpływające na rozwiązanie hydrauliczne kotłowni

Przy wyborze układu hydraulicznego kotłowni dla danego budynku należy zwrócić uwagę na następujące dane w dokumentacji techniczno-ruchowej kotła:

• rodzaj urządzenia: czy jest to kocioł zwykły, o obniżonych parametrach, czy kondensacyjny (patrz RI 10/2012), do jakich parametrów pracy jest zalecany i jaka powinna być temperatura czynnika grzejnego powracającego do kotła,
• typ i wielkość pompy zainstalowanej pod obudową kotła, jej charakterystykę i możliwość regulacji,
• typ naczynia wzbiorczego zainstalowanego pod obudową kotła, jego pojemność i ciśnienie wstępne,
• dopuszczalny minimalny strumień masy wody mogący płynąć przez kocioł,
• schemat przepływu czynnika w kotle (czy pod obudową kotła umieszczony jest zawór upustowy),
• możliwość podgrzewania c.w.u. i zalecany sposób podłączenia podgrzewaczy c.w.u.

Układy hydrauliczne kotłowni centralnego ogrzewania

Stosowane układy zasilania w ciepło instalacji centralnego ogrzewania kotłowni można sprowadzić do trzech podstawowych schematów hydraulicznych:

• z bezpośrednim zasilaniem jednego lub kilku obiegów grzewczych (rys. 1),
• z oddzieleniem obiegu kotłowego od grzewczego przez sprzęgło hydrauliczne (rys. 2),
• z rozdzieleniem obiegu kotłowego od grzewczego poprzez wymiennik ciepła (rys. 3).

Kocioł wiszący może być wyposażony w zawór nadmiarowo-upustowy, jednak obecnie odchodzi się od tego rozwiązania. W jego miejsce stosuje się pompy o zmiennej liczbie obrotów realizujących założoną funkcję wysokości podnoszenia w zależności od przepływu czynnika.

Przy bezpośrednim zasilaniu obiegu grzewczego instalacja nie jest podzielona na obieg kotłowy oraz na obieg grzewczy. Strumień przetłaczanego czynnika wynika z charakterystyki zamontowanej pompy i charakterystyki instalacji.

Jeżeli strumień czynnika wynikający z potrzeb instalacji jest wyższy (może to wynikać z mniejszej różnicy temperatur obliczeniowych obiegu grzewczego), należy dokonać hydraulicznego rozdziału instalacji na obieg kotłowy i obieg grzewczy oraz wyposażyć obieg grzewczy we własną pompę obiegową.

Oddzielenie obiegu kotłowego od grzewczego przez sprzęgło hydrauliczne stosowane  jest w dwóch przypadkach:

• kiedy w obiegu grzewczym powinna zostać zainstalowana dodatkowa pompa obiegowa,
• gdy mamy do czynienia z instalacją z kilkoma obiegami grzewczymi.

Dla kotłów wymagających minimalnej temperatury powrotu zaleca się taki dobór oporów (średnic przewodów) w obiegu kotłowym, aby strumień objętości wody w obiegu kotłowym był jak najwyższy i w ten sposób możliwe było uzyskiwanie odpowiedniej temperatury minimalnej na powrocie kotła.

W przypadku kotłów kondensacyjnych i braku regulacji obrotów pompy konieczne jest umieszczenie w obiegu kotłowym zaworu do nastawienia właściwego przepływu, tak aby nie zwiększać temperatury wody powracającej do kotła.

Rozdzielenie obiegu kotłowego od grzewczego poprzez wymiennik ciepła zalecane jest wtedy, gdy w instalacji zaprojektowano ogrzewanie podłogowe z rur nieodpornych na dyfuzję tlenu (rury z niektórych rodzajów tworzyw sztucznych). Obieg kotła i obieg ogrzewczy wymiarowuje się wtedy niezależnie od siebie.

Kotłownia może zasilać kilka obiegów grzewczych w budynku, może też być z niej zasilany układ przygotowania ciepłej wody. Wówczas do przygotowania ciepłej wody stosowane są zwykle podgrzewacze pojemnościowe o objętości 120–300 litrów, a podgrzewacz c.w.u. zasilany jest bezpośrednio z kotła.

Układy hydrauliczne kotłowni centralnego ogrzewania i ciepłej wody

Rozbiór ciepłej wody charakteryzuje się dużą nierównomiernością. Stosowane są dwie metody ograniczania maksymalnej wartości mocy cieplnej kotła. Pierwsza z nich polega na podgrzewaniu wody w okresie mniejszych poborów i gromadzeniu jej w zbiornikach (zasobnikach), by można było ją pobrać w okresach wzmożonego poboru.

Drugim sposobem obniżania maksymalnego zapotrzebowania na ciepło jest praca układu centralnego ogrzewania i układu podgrzewania ciepłej wody w pełnym priorytecie jej przygotowania. Rozwiązanie to może być stosowane w budynkach masywnych, o dużej pojemności cieplnej. Jako obliczeniową moc kotłowni przyjmuje się sumę maksymalnej mocy dla c.o. i średniej dla c.w.

Praca układu polega na tym [6], że w chwili wzmożonego zapotrzebowania na ciepłą wodę kieruje się na jej przygotowanie całkowity strumień ciepła z kotła, natomiast do instalacji c.o. czynnik nie płynie. Przyjmuje się, że w tym układzie czas pracy palnika na potrzeby c.o. wynosi około 1500–1800 godzin rocznie, natomiast na potrzeby ciepłej wody 200–400 godzin [2].

Powoduje to wykorzystywanie do ogrzewania ciepła zgromadzonego w masywnych ścianach budynku i skutkuje niewielkim okresowym obniżeniem temperatury w pomieszczeniach, najczęściej niezauważalnym dla mieszkańców. Po podgrzaniu ciepłej wody strumień ciepła kierowany jest do instalacji c.o. i następuje zwiększenie temperatury pomieszczeń i przegród do stanu wyjściowego.

Opisany powyżej priorytet przygotowania c.w.u. może być realizowany następującymi sposobami [6]:

a)     w razie wyposażenia kotła w pompę obiegową:

• poprzez zamykanie przepływu w obiegu c.o. za pomocą przełączenia dwupołożeniowego zaworu trójdrogowego ZD (rys. 4)

b)     kiedy kocioł nie ma wbudowanej pompy obiegowej:

• poprzez wyłączenie pompy c.o. w trakcie pracy układu przygotowania c.w.u. (rys. 5),
• przez ograniczenie przepływu w obiegu c.o. w czasie pracy układu przygotowania c.w.u. za pomocą regulacyjnego zaworu trójdrogowego ZR (rys. 6).

Przykłady rozwiązań układów hydraulicznych kotłowni w domach jednorodzinnych

Poniżej omówione zostały przykładowe rozwiązania schematów hydraulicznych kotłowni [6]. We wszystkich układach przewidziano przygotowanie ciepłej wody w wymienniku pracującym w priorytecie przygotowania c.w.u.

Na przedstawionych schematach (rys. 7–9) przyjęto, że priorytet przygotowania ciepłej wody realizowany jest przez zainstalowany dwupołożeniowy trójdrogowy zawór regulacyjny ZD, a w przypadku schematu na rys. 10 poprzez zawory trójdrogowe lub wyłączanie pomp obiegów grzewczych. W przypadku rozwiązań przedstawionych na rys. 7–9 kocioł jednofunkcyjny można zastąpić kotłem dwufunkcyjnym ze wbudowanym podgrzewaczem przepływowym.

Na rys. 7 pokazano najprostszy układ z kotłem integralnie wyposażonym w pompę kotłową PK, naczynie wzbiorcze NW i zawór bezpieczeństwa ZB pod obudową kotła. Parametry pracy pompy kotłowej oraz pojemność naczynia wzbiorczego powinny odpowiadać wymaganiom instalacji, którą kocioł zasila.

Jeżeli obliczeniowy strumień wody w instalacji ogrzewania podłogowego przewyższa podany przez producenta kotła strumień wody w obiegu kotłowym lub gdy zastosowano w obiegu ogrzewania podłogowego rury nieodporne na dyfuzję tlenu, stosowane jest rozwiązanie pokazane na rys. 8. Jest to układ z dwoma obiegami grzewczymi: pierwszym zasilającym bezpośrednio grzejnikową instalacją c.o. i drugim zasilającym instalację ogrzewania podłogowego poprzez wymiennik ciepła W.

Instalacja ogrzewania podłogowego jest wówczas oddzielona przeponą od instalacji kotłowej, musi być zatem wyposażona w oddzielny zawór bezpieczeństwa, oddzielne naczynie wzbiorcze i pompę obiegową. W przypadku instalacji z rur z tworzywa sztucznego na jej zasilaniu oprócz czujnika temperatury należy zaprojektować ogranicznik temperatury OT. Przekroczenie dopuszczalnej temperatury powinno spowodować wyłączenie pompy i kotła.

Na rys. 9 pokazano układ, w którym parametry wody grzejnej zasilającej ogrzewanie podłogowe są inne od parametrów ogrzewania grzejnikowego (najczęstsza sytuacja) lub ciśnienie dyspozycyjne pompy kotłowej jest zbyt małe w stosunku do potrzeb instalacji podłogowej. W związku z tym należy zaprojektować dodatkową pompę PO-2 w obiegu ogrzewania podłogowego.

W obiegu ogrzewania podłogowego OG-2 przewidziano wykorzystanie rur odpornych na dyfuzję tlenu, dlatego w układzie nie zastosowano wymiennika ciepła. Zawór zwrotny umieszczony na przewodzie mieszającym zaworu trójdrogowego w obiegu ogrzewania podłogowego zabezpiecza przed niewłaściwym przepływem wody przez ten zawór, np. przy wyłączonym ogrzewaniu podłogowym i pracy konwekcyjnego ogrzewania grzejnikowego. W ten sposób unika się spięcia instalacji i ewentualnego zakłócenia przepływu przez pracujący obieg.

Na rys. 10 przedstawiono układ hydrauliczny kotłowni, w której strumień objętościowy wody instalacyjnej jest większy od maksymalnego strumienia wody, jaki wynika z charakterystyki pompy zamontowanej w kotle. Obieg kotła od obiegów grzewczych oddzielono za pomocą pionowego rozdzielacza hydraulicznego RH. Pompa umieszczona w obudowie kotła jest pompą kotłową. Każdy z obiegów instalacji wyposażony jest w pompę obiegową.

Jeżeli ogrzewanie podłogowe zaprojektowano w kilku pomieszczeniach i w każdym z nich (w instalacji) zamontowano zawór termostatyczny, to w obiegu ogrzewania podłogowego należy umieścić zawór upustowy lub zastosować pompę o zmiennych obrotach sterowaną elektronicznie.

Podsumowanie

Zastosowanie wiszącego kotła dwufunkcyjnego z wymiennikiem przepływowym jest najprostszym i zwykle najtańszym rozwiązaniem kotłowni w domu jednorodzinnym. Jeśli chcemy zwiększyć komfort użytkowania instalacji i umożliwić korzystanie z kilku punktów poboru ciepłej wody jednocześnie lub zastosować cyrkulację ciepłej wody, należy zastosować podgrzewacze pojemnościowe (niektóre firmy oferują kotły wiszące z podgrzewaczami pojemnościowymi).

W przypadku zastosowania kotłów kondensacyjnych należy pamiętać, aby instalacje ogrzewania były projektowane jako niskoparametrowe (np. grzejnikowa 55/45°C, podłogowa 40/30°C), a układ podgrzewania ciepłej wody pracował w pełnym priorytecie przygotowania c.w. Zaleca się stosowanie rozwiązań umożliwiających kondensację wody w kotle (podgrzewacze przepływowe lub układy z zasobnikami warstwowymi).

Planując wykorzystanie energii słonecznej do przygotowania ciepłej wody z jednoczesnym zastosowaniem kotła kondensacyjnego, należy starannie dobierać technologię takiej kotłowni. Tylko zaawansowane urządzenia i rozwiązania regulacyjne pozwalają prawidłowo połączyć zalety kotła kondensacyjnego oraz układu solarnego, nie ograniczając ich sprawności.

Literatura

1. Koczyk H. i in., Ogrzewnictwo praktyczne – projektowanie, montaż, eksploatacja, Wyd. Systherm Serwis, Poznań 2005.
2. Materiały informacyjne firm: ACV, Brötje, De Dietrich, Junkers, Vaillant, Viessmann.
3. Mizielińska K., Olszak J., Gazowe i olejowe źródła ciepła małej mocy, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2005.
4. Nejranowski J., Szaflik W., Rozwiązania układów hydraulicznych kotłowni w domach jednorodzinnych, „Instal” nr 6/2007.
5. Szaflik W., Straty ciepła i koszty eksploatacji instalacji ciepłej wody użytkowej w domach jednorodzinnych, „Instal” nr 1 i 2/2002.
6. Szaflik W., Projektowanie instalacji ciepłej wody użytkowej w budynkach mieszkalnych, Ośrodek Informacji „Technika instalacyjna w budownictwie”, Warszawa 2011.
7. Szaflik W., Analiza rozwiązań źródła ciepła dla domu jednorodzinnego, „Rynek Instalacyjny” nr 10/2012

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!