Koncepci gravitačního chladicího zařízení lze v určitém smyslu přirovnat k přirozené ventilaci, ve které je realizována volná cirkulace proudění vzduchu. V případě vodního prostředí dochází k pohybu podél vrstevnic bez podpory energie a energie ze zařízení a zdrojů třetích stran. To přináší výhody samotížného topného systému, ale také přináší řadu nevýhod. Jedním z nich je složitost jeho technické implementace.
Jak systém funguje
Gravitace je zajištěna fyzikálním zákonem, podle kterého přirozeně stoupají horké proudy vzduchu a vody. Na rozdíl od systémů s nuceným oběhem není potřeba zapínat čerpací zařízení nebo parogenerátory, které tlačí pracovní médium pod tlakem podélobrysy. V podmínkách soukromého domu je gravitační otopná soustava výhodná právě minimálním propojením nepřímých komunikačních a energetických uzlů. To ale vůbec neznamená, že se uživatel bude muset zabývat pouze potrubím. Za ohřev vody bude zodpovědný kotel umístěný v nejnižším bodě komplexu. Z něj potrubím budou toky směřovány do ohřívačů-spotřebičů chladicí kapaliny (konvektory, radiátory, baterie). Dále již ochlazující voda prochází do sekce expanzní nádoby a jak se hromadí, přetéká do odtokového kanálu - buď do kotle nebo do kanalizace.
Jednotrubkové a dvoutrubkové systémy
Schémata pro topné okruhy se mohou lišit. V nejjednodušším jednotrubkovém systému není žádná vratná stoupačka chladicí kapaliny s příjmem vody. Vertikální systémy tohoto typu jsou technicky jednodušší na realizaci, což šetří fyzickou námahu a finance. Jednotrubkové samotížné topné systémy však mají také vážné nevýhody, které jsou vyjádřeny v následujících nuancích:
- Není možné nastavit teplotu pro každý ohřívač zvlášť, protože jsou zapojeny do série.
- Povinné umístění expanzní nádoby pro vertikální plnění.
- Požadavky na vyšší tlak pro cirkulaci vody. Z tohoto důvodu se jednotrubkové systémy častěji provádějí podle principů nuceného pohybu chladiva s připojením čerpadel.
V dvoutrubkovém systému je teplo distribuováno rovnoměrně. Jeden okruh směřuje horké proudy do podmíněných radiátorů,a druhá slouží vratné větvi, kterou se studená voda vrací do přijímacího zařízení. Vzhledem k rovnováze chladicí kapaliny v potrubí je dvouokruhové schéma snáze přístupné přirozené regulaci působením gravitace bez podpory přídavného cirkulačního zařízení.
Otevřené a uzavřené systémy
Rozdíl mezi těmito systémy spočívá ve výkonu expanzní nádoby – vrcholu celého komplexu. V otevřených nádržích se voda hromadí, dokud plovákový mechanismus nepracuje. Kapalina naplní nádrž do určité úrovně, načež plovák aktivuje uvolnění směsi vzduchu a plnění přes připojenou stoupačku. V uzavřeném samotížném topném systému je použita membránová nádrž, ve které jsou opatřeny dvě sekce - vzduch (směs plynu) a voda ve spodní části. Při minimálním tlaku je nádoba prázdná, ale jak se naplní kapalinou, membrána začne stlačovat horní část, čímž se otevře vzduchový ventil a vyrovná se tlak.
Výběr kotle
Použití konceptu samotížného vytápění samo o sobě znamená, že v domě není zaveden plyn ani elektřina. Jinak by bylo racionálnější organizovat nucený oběh s dodávkou tepla dostatečného výkonu z hlavního zdroje energie. Jedinou možností kotle pro samotížný topný systém bude tedy jednotka na tuhá paliva – například na dřevo. Důvody dává i kombinace přirozené cirkulace a tradičního sporákumluvit o nízkém výkonu komplexu. Systém bude zpočátku neefektivní, ale jeho účinnost lze zvýšit pyrolýzním efektem, kterým se vyznačují moderní úpravy kotelen na tuhá paliva o výkonu 20 až 40 kW se dvěma spalovacími komorami. V přídavném prostoru se spalují plyny vzniklé při prvním spalování paliva. Mimochodem, minimalizace spalin na výstupu také sníží požadavky na komín.
Výběr materiálu potrubí
Stejně jako u instalatérství lze pro systém vytápění s přirozenou cirkulací použít trubky vyrobené z plastu a kovu. Omezení použití určitých materiálů závisí na individuálních faktorech a podmínkách. Například otevřený systém vytápění zajišťuje větší účinek provzdušňování okruhů kyslíkem a oxidem uhličitým, což je pro ocel nežádoucí. Pevný kov se naopak osvědčí v uzavřených větvích velkoformátových sítí pracujících s vysokým zatížením. Při údržbě nekvalitní vody je lepší použít měděné trubky. Pro gravitační topný systém je použití tohoto kovu výhodné díky jeho odolnosti vůči vysokým teplotám a minerálním inkluzím v chladicí kapalině.
V zásadě mají jak měď, tak plast výhodu lehkých materiálů, které umožňují přesnou instalaci složitých potrubních komunikačních linek, což je velmi důležité při realizaci gravitačních systémů. Plast však stále není tou nejlepší variantou pro topný systém jako takový – tím spíšepracující pod vysokým tlakem řádově 0,6 MPa. Existují žáruvzdorné polypropylenové trubky navržené speciálně pro vytápění a snesou asi 120 °C, ale problémy s těsněním jsou častější na tupoch a přechodech, které nejsou tak spolehlivé jako kovové obrysové svary.
Optimální průměr trubky
Na rozdíl od systémů s nuceným oběhem bude v tomto případě tloušťka obrysů větší. Průměr potrubí samospádového topného systému je 50 mm, ale může dojít k úpravám v různých oblastech. Například, aby byla zachována tepelná účinnost komplexu, instalatéři doporučují zúžit obrysy. Rozsah nastavení závisí na délce plné čáry od švu k druhému bodu přechodu.
Montážní nástroje a spotřební materiál
Hlavní nástroj bude potřeba pro pokládku, upevňování a spojování trubek. Řezání a svařování se provádí řezačkami trubek, plynovými řezačkami, invertorovými zařízeními a pájkou. Jak pro plast, tak pro měď s ocelí, je vybrán váš svařovací nástroj s odpovídajícím výkonem. Totéž platí pro spotřební materiál. Například měděné konstrukce se spojují pájením pomocí svěrných a lisovacích tvarovek. Pro připojení měděného samotížného topného systému s okruhy z jiných materiálů se používají pouze odnímatelné adaptéry a armatury. Tento kov špatně přilne k jiným materiálům. Ale v jiných případech lze získat lehkou pájku až do 450 ° Cacetylenové nebo propanbutanové hořáky a také elektrické páječky. Kromě toho bude pro vysoce kvalitní spojení užitečné použít teflonové pásky, tvarovky, T-kusy, dielektrická těsnění atd.
Technika instalace
Před prací by měl být vypracován komunikační plán a akční plán. Dále se typická instalace provádí v následujícím pořadí:
- Montáž jednotlivých uzlů, přechodových sekcí a velkých linek bez připevnění k základně webu.
- Instalace zařízení - expanzní nádoba a kotel. Nádrž lze namontovat v podkroví - hlavní věcí je zachovat možnost bezplatného zásobování komunikací. Kotel může vyžadovat malý žáruvzdorný potěr. Dodatečné upevnění není nutné, protože tento typ podlahového zařízení je na rovném povrchu prakticky nehybný.
- Ložiskové fitinky jsou instalovány podél obrysů těsnění - podpěry, svorky, závěsy a další fixační jednotky.
- Připravené obrysy potrubí, přechodové díly, kolena a rohy jsou namontovány. Jak vyrobit gravitační topný systém tak, aby byl co nejspolehlivější a chráněný před vnějšími vlivy? Pro upevnění se doporučuje používat tzv. plovoucí svorky, které zajišťují nikoli tvrdou, ale měkkou fixaci. Jsou pevně připevněny k připravenému nosnému zařízení, ale upínací mechanismy dávají trubce určitou volnost pohybu - pružný efekt, díky kterému je eliminováno riziko poškozenípotrubí pod vnějším dynamickým zatížením.
- Komunikace a zařízení jsou svázány - v případě potřeby jsou připojeny odbočky, armatury a přístrojové vybavení.
Sklon potrubí
Charakteristickým rysem zařízení gravitačních systémů je nutnost udržovat úhel v poloze horizontálních obrysů. Je nutné zajistit účinek přirozené gravitační cirkulace potřebný pro pohyb vody. Jak je uvedeno v technických předpisech SNiP, sklon gravitačního topného systému by měl být 10 mm na 1 m. Pokud tato nuance není předvídána, vedení se naplní vzduchem a ohřev okruhů bude nerovnoměrný.
Jakou chladicí kapalinu použít?
Optimálním pracovním médiem pro systémy přirozené cirkulace je voda. Odmítnutí nemrznoucí směsi, která se často používá při ohřevu kapalin, je spojena s její vysokou hustotou a nízkým přenosem tepla. S ohledem na skromný výkon gravitačního topného systému a povinný požadavek na gravitační vytlačování chladicí kapaliny je nemrznoucí směs eliminována. To však neznamená, že lze v zásadě opustit alternativní nemrznoucí směsi. Vhodné směsi musí mít vysokou tekutost (ne nižší než voda) a schopnost neztrácet fyzikální vlastnosti při extrémně vysokých a nízkých teplotách.
Výhody systému gravitačního proudění
Mezi silné stránky systémů vytápění s přirozeným oběhem patří:
- Energetická nezávislost. Absencežádný externí zdroj energie není překážkou pro použití gravitačního vytápění, takže v mnoha odlehlých oblastech zůstává tato možnost jedinou možností.
- Spolehlivost a odolnost. Absence vibrací, které v běžných systémech vytvářejí oběhová čerpadla. To umožňuje použití měděných potrubí, stejně jako organizaci gravitačních topných systémů vyrobených z polypropylenu, avšak s výhradou jejich odolnosti vůči vysokým teplotám.
- Snadná údržba. Absence složitých regulačních jednotek s automatizací činí systém přístupnějším pro diagnostiku a opravy doma.
Nevýhody systému gravitačního proudění
Samozřejmě, že nedostatek podpory pro pohyb chladicí kapaliny z oběhového čerpadla nebo jiného energetického zařízení se zdroji vedl k řadě nedostatků těchto systémů:
- Funkční omezení z hlediska nastavení. Týká se to především možnosti flexibilního nastavení teplotních režimů topidel, ale provoz kotlů na tuhá paliva sám o sobě vylučuje jakoukoliv automatizaci ovládání.
- Systém samotížného vytápění lze vzhledem ke svému skromnému výkonu použít pouze v malých domech s nízkými požadavky na vytápění. K tomu se přidává nestabilita oběhu.
- Zpoždění pohybu chladicí kapaliny v zimě může vést k zamrznutí kapaliny. Z tohoto důvodu je hledání nemrznoucích přísad do vody oprávněné.
Závěr
Potrubí s přirozenou cirkulací pracovního média v době progresivní mechaniky a programovatelné kotle s kotli se zdají zastaralé a neefektivní. V mnoha ohledech je to pravda, ale v souvislosti s rostoucí spotřebou energie nevypadá gravitační topný systém pro soukromý dům úplně mimo. Za prvé, pokud podmínky země neumožňují používání plynových a elektrických kotlů, pak bude toto rozhodnutí více než oprávněné. Za druhé, několik položek nákladů je odstraněno najednou kvůli nákladům na energii s palivem a údržbě složitého zařízení.
