Jak działa centralne ogrzewanie?

W procesie projektowania budynków przeznaczonych do przebywania ludzi, ogrzewanie jest ważnym elementem zapewniającym komfort jego użytkowania. W pomieszczeniach mieszkalnych w miesiącach zimowych, czujemy się dobrze przy temperaturze 20-23°C i względnej wilgotności powietrza 40-70%. Praktycznie podchodząc do sprawy, komfort cieplny uzyskujemy nie doznając żadnego wrażenia cieplnego tzn. nie odczuwamy ani zimna ani ciepła. Możemy to uzyskać instalując ogrzewanie miejscowe dla danego pomieszczenia lub centralne dla całego budynku.

Centralne ogrzewanie – co to jest?

Ogrzewanie centralne polega na jednoczesnym ogrzewaniu wielu pomieszczeń z jednego źródła ciepła zainstalowanego w jednym z tych pomieszczeń lub w specjalnym pomieszczeniu gospodarczym, zwanym często kotłownią.

Uogólniając sprawę centralne ogrzewanie składa się z trzech części:

1. źródła ciepła – jest to najczęściej kocioł z urządzeniami pomocniczymi, w którym w procesie spalania wytwarza się określoną ilość energii cieplnej,
2. systemu dystrybucji ciepła – wytworzona energia cieplna zostaje rozprowadzona do pomieszczeń, które mają zostać ogrzane, dzięki systemowi rur z cieczą lub kanałów powietrznych,
3. elementy przekazujące ciepło do pomieszczeń np. grzejniki, anemostaty lub kratki grzewcze.

Rodzaje centralnego ogrzewania

Chcąc omówić zasadę działania i elementy składowe centralnego ogrzewania należy odnieść się do konkretnego rodzaju instalacji, a tych obecnie jest dość dużo i dzięki rozwojowi techniki systemy te są coraz bardziej wydajne i coraz mniej absorbujące użytkownika w jego obsłudze.

Podział instalacji centralnego ogrzewania możemy dokonać wg następujących kryteriów:

1. Ze względu na rodzaj czynnika grzewczego:
   • wodne (grawitacyjne i pompowe, z rozdziałem górnym i dolnym, z naczyniem wzbiorczym typu otwartego lub przeponowym),
   • parowe pary niskoprężnej (z rozdziałem dolnym i górnym),
   • powietrzne (grawitacyjne i z wymuszoną dystrybucją powietrza),
   • elektryczne (konwektory, panele na podczerwień, przewody i maty grzejne),
2. ze względu na rodzaj źródła ciepła:
   • kocioł na paliwo stałe (węgiel, drewno, ekogroszek, pelet),
   • kocioł na paliwo ciekłe – olej,
   • kocioł gazowy (gaz ziemny, LPG),
   • pompa ciepła (powietrzna, wodna i gruntowa),
3. ze względu na rodzaj elementu przekazującego ciepło do pomieszczeń:
   • z grzejnikami,
   • ogrzewanie podłogowe i ścienne,
   • anemostatami lub kratkami grzewczymi.

Instalacja wodna grawitacyjna

Zasada działania ogrzewania grawitacyjnego polega na wykorzystaniu zjawiska zmiany gęstości wody wywołanej zmianą jej temperatury.

Ogrzewanie grawitacyjne może być wykonane z rozdziałem dolnym i górnym (rys. 1). Przewody rozprowadzające gorąca wodę w ogrzewaniu z rozdziałem dolnym prowadzone są w piwnicy budynku i od nich prowadzona jest dalsza część instalacji do pomieszczeń na wyższych kondygnacjach. W ogrzewaniu z rozdziałem górnym główny przewód instalacji doprowadza gorącą wodę na poddasze, skąd jest ona rozprowadzana w całym budynku.

(rys.1) Instalacja c.o. dwururowa grawitacyjna, źródło:materiały edukacyjne/instsani.pl

Po lewej schemat ogrzewania grawitacyjnego z rozdziałem dolnym, po prawej schemat ogrzewania grawitacyjnego z rozdziałem górnym.
1 – naczynie wzbiorcze, 2 – rura wzbiorcza, 3 – rura sygnalizacyjna, 4 – rura przelewowa, 5 – rura bezpieczeństwa,
6 – hydrometr, 7 – zbiornik odpowietrzający, 8 – rura cyrkulacyjna, 9 – rura odpowietrzająca

Ogrzewanie grawitacyjne stosuje się w budynkach, w których pozioma odległość od źródła ciepła do najdalszego pionu nie przekracza 25 m, a różnica wysokości pomiędzy źródłem ciepła i najniższym grzejnikiem wynosi co najmniej 2 m.

Instalacje wodne pompowe

W instalacji pompowej, w odróżnieniu do systemów grawitacyjnych, przepływ wody wymuszony jest pompą obiegową. Zadaniem pompy jest pokonanie oporów przepływu wody w instalacji spowodowanych oporami tarcia w przewodach oraz oporami miejscowymi (kształtek, armatury i urządzeń). Ogrzewanie pompowe pozwala na większą swobodę prowadzenia przewodów, a ich średnice są mniejsze niż w ogrzewaniu grawitacyjnym. Pozwala też na montaż grzejników poniżej kotła centralnego ogrzewania (kocioł może być np. na poddaszu) ma mniejszą bezwładność cieplną, a tym samym rozruch instalacji jest szybszy niż ogrzewania grawitacyjnego. W zależności od rodzaju kotła centralnego ogrzewania i dopuszczalnego sposobu kompensacji rozszerzalności termicznej wody rozróżniamy instalacje systemu otwartego oraz zamkniętego. Na rys. 2 pokazano rozwiązania instalacji wodnej pompowej w systemie zamkniętym poziomym.

(rys 2.) Instalacje w systemie poziomym, źródło:materiały edukacyjne/instsani.pl

Na górze znajduje się schemat systemu pętlicowego dwururowego, na górze jednorurowego w środku jest system rozdzielaczowy.
1-kocioł, 2-naczynie wzbiorcze przeponowe, 3-pompa obiegowa, 4- zawór bezpieczeństwa, 5-termometr, 6-przewody rozdzielcze poziome, 7,8-przewody rozdzielcze pionowe, 10-zawór stopowy, 11-zawór odpowietrzający, 12-szafka rozdzielaczowa, 13-rozdzielacz zasilenia, 14-rozdzielacz powrotu, 15-zawór z korpusem obejścia do ogrzewań jednorurowych.

 Ogrzewanie podłogowe

Ogrzewanie podłogowe jest systemem grzewczym, w którym elementem oddającym ciepło do pomieszczenia jest cała powierzchnia podłogi lub jej wydzielona część. W zależności od rodzaju czynnika grzejnego dzielimy je na:

• wodne,
• powietrzne,
• elektryczne.

Najbardziej rozpowszechnionym rozwiązaniem ogrzewania podłogowego jest system rurek z wodą w wylewce betonowej. Sercem systemu jest rozdzielacz (zdjęcie 1.), który reguluje prędkość przepływu wody w rurkach oddających ciepło wylewce betonowej. Gęstość ułożenia rurek i prędkość przepływu wody decyduje o wspomnianym komforcie cieplnym w danym pomieszczeniu. Jest to ogrzewanie niskotemperaturowe (ok. 35°C) o dużej sprawności, które może współpracować z dobrym wynikiem energetycznym z pompą ciepła. Więcej informacji o tym jak ułożyć ogrzewanie podłogowe można znaleźć w dedykowanym temu tematowi artykule.

Na popularności zyskuje również podłogowe ogrzewanie elektryczne z wykorzystaniem folii grzewczych na podczerwień. Szczególnie jeżeli połączymy je w jeden system z instalacją fotowoltaiczną, może okazać się, że koszty eksploatacyjne systemu grzewczego są niewielkie.

(zdjęcie 1. )Rozdzielacz systemu ogrzewania podłogowego

Ogrzewanie powietrzne nadmuchowe

W instalacji ogrzewania powietrznego niemal cała ilość energii cieplnej idzie bezpośrednio na ogrzanie budynku, nie ma bowiem czynników pośrednich, takich jak: woda, grzejniki, podłoga. Znaczną część ciepła można odzyskać z wywiewanego zużytego powietrza w systemie wentylacji mechanicznej z rekuperatorem.

Różnorodność systemów ogrzewania powietrznego jest również dużo, jednak na krajowym rynku jest jeszcze mało rozpowszechniony, może za wyjątkiem ogrzewania powietrznego kominkiem z systemem dystrybucji gorącego powietrza. System ten zapewnia równomierne i sterowalne  rozprowadzenie ciepłego powietrza do poszczególnych pomieszczeń budynku.

 

Różnorodność systemów centralnego ogrzewania daleko wykracza poza ramy niniejszego artykułu. Pamiętać należy jednak, że jest to system który wymaga solidnego projektu i fachowej instalacji, a później w zależności od systemu należytej eksploatacji i obsługi. Oczywiście jeżeli ma on służyć bezawaryjnie przez długie lata.