Parní a teplovodní topné systémy
Systémy vytápění se rozdělují i podle teploty topného média na nízkoteplotní a vysokoteplotní. Vysokoteplotní topné systémy jsou navrhovány na vysokou teplotu topné vody, která může v podstatě dosáhnout i více než 115 ° C Typickým příkladem realizace jsou konvekční topné soustavy, lidově nazývané radiátory. Otopná soustava je část tepelné soustavy (určena pouze k vytápění), která prostřednictvím topných těles zajišťuje v jednotlivých místnostech předepsaný teplotní stav vnitřního prostředí. Tvoří ji zdroje tepla, potrubní síť a topná tělesa.
Parní otopné soustavy
Parní topná soustava využívá pro přenos tepla z kotle do topného tělesa ohřátou páru. Ta zkondenzuje na chladnějších stěnách topných těles, odevzdá teplo a v podobě kondenzátu se vrací zpět do zdroje. Pohyb páry ze zdroje do těles zapříčiňuje rozpínání páry. Kondenzát se vrací do zdroje buď samospádem, nebo se odvádí do sběrné nádrže, odkud se přečerpává do zdroje. Z hlediska geometrického uspořádání parního přívodního potrubí a vratného potrubí, které odvádí kondenzát, tak z hlediska vzájemného výškového rozmístění zdroje a spotřebičů tepla, rozlišujeme podle přívodu páry soustavy s mokrým a se suchým kondenzátem potrubím.
Z hlediska pracovních tlaků v síti se parní otopné soustavy dělí na:
• podtlakové - provozní tlak je nižší než atmosférický,
• nízkotlaké - přetlak páry je do 70 kPa,
• středotlaké - přetlak páry je od 70 kPa do 1,6 MPa.
Parní soustavy byly historicky první zařízení ústředního vytápění. V současnosti se navrhují především do objektů s přerušovaným provozem, kde nepřekáží pokles teplot pod bod mrazu při provozní přestávce a kde nejsou příliš vysoké hygienické požadavky (zejména do průmyslových budov). Hlavními výhodami jsou malá tepelná setrvačnost, rychlý zátop a možnost přerušovat provoz, aniž hrozilo zamrznutí soustavy. K nevýhodám třeba přičíst problematickou regulaci výkonu, vysokou povrchovou teplotu topných těles a nižší životnost v důsledku korozní agresivity kondenzátu. Na potrubní sítě parních soustav se nejčastěji používají ocelové bezešvé závitové trubky, závitové zesílené trouby nebo hladké trubky. Spoje musí být nerozebiratelné, svarové. V místech napojení topných těles a montážních spojů se používají rozebíratelné šroubové spoje.Centrální regulace změnou průtoku páry je téměř nemožná, proto se výkon reguluje přerušováním dodávky páry do rozvodů. Jedinou účinnější regulací je nastavení průtoku páry u topných těles.
Vodní otopné soustavy
Vodní otopná soustava využívá princip vzájemného propojení zdroje tepla a topných těles uzavřeným vodním okruhem. Ve zdroji se topná voda ohřívá a přívodním potrubím se rozvádí k jednotlivým topným tělesům. V topném tělese předává topná voda vlivem rozdílu mezi teplotou v místnosti a povrchovou teplotou část tepelné energie, čímž se ochlazuje, a vratným potrubím se vrací zpět do zdroje, kde se opět ohřívá. Jde o uzavřený okruh, ve kterém se pohybuje neměnné množství otopné vody.
Vodní otopné soustavy charakterizují tyto parametry:
- prostorové uspořádání topné soustavy
- vzájemné propojení topných těles
- umístění ležatého rozvodu
- vedení přípojek k tělesům
- nejvyšší pracovní teplota topné vody
- konstrukce expanzní nádoby
- materiál na potrubní síť
Propojení topných těles
Vhodné prostorové uspořádání potrubní sítě je základním předpokladem jejího dobrého fungování. Podle způsobu propojení topných těles rozlišujeme dvoutrubkové a jednotrubkové soustavy. V nejpoužívanější dvoutrubkové soustavě se tělesa propojují paralelně, tzn. že se dá jasně rozlišit přívodní a vratné potrubí. Všechny tělesa pracují s topnou vodou se stejnou teplotou. Při protiproudém (větvení) zapojení se vratné potrubí vede po stejné trase jako přívodní - pouze s opačným směrem proudění otopné vody. Délka jednotlivých topných okruhů znevýhodňuje tělesa umístěné ve vzdálenějších místech od zdroje. Souproudé zapojení tyto negativní vlastnosti eliminuje. Vratné potrubí se vede souběžně s přívodním tak, že pro každé místo rozvodu je součet délky přívodního a vratného potrubí konstantní. Jednotrubkové soustavy mají topná tělesa zapojené sériově - topná voda protéká postupně jednotlivými topnými tělesy zapojenými v okruhu. Teplota přiváděné vody do jednotlivých těles postupně klesá. Nejjednodušší variantou je průtokové zapojení, které je vhodné tam, kde jsou umístěny několik tělesa se stejným charakterem topného režimu. Při průtokovém zapojení se celý okruh chová jako jedno těleso s proměnnou teplotou a se společnou regulační armaturou.Nevýhodou je vysoký hydraulický odpor okruhu, jakož i to, že jednotlivé tělesa nelze individuálně regulovat. Podle umístění ležatého rozvodu vzhledem na otopná tělesa rozlišujeme soustavy s dolním (na nejnižším podlaží, pod stropem nebo v kanálu v podlaze), horním (například v prostoru podlahy) a kombinovaným rozvodem.
Vedení přípojek k tělesům
Podle způsobu vedení rozvodu, na který se připojují přípojky topných těles, rozlišujeme horizontální, vertikální a hvězdicové soustavy. Horizontální soustava se vyznačuje minimálním počtem stoupaček. Na ty se napojují horizontální okruhy podlažních ležatých rozvodů. Zvláštním případem je etážová soustava, kde se zdroj tepla, rozvody a topná tělesa umisťují na jedno podlaží. U vertikálních soustav se topná tělesa napojují přímo na stoupací potrubí a na jednotlivých podlažích se při klasicky realizovaných soustavách vedou pouze krátké horizontální přípojky těles. Hvězdicová soustava je v podstatě vertikální dvoutrubková soustava s omezeným počtem stoupaček a velmi dlouhými přípojkami těles. Do centra dispozice se umísťuje stoupací potrubí, na které se na každém podlaží napájí rozdělovač a sběrač se samostatným připojením každého topného tělesa. Tato soustava se speciálně konstruuje na používání plastových rozvodů, přičemž před minimální délkou rozvodů se upřednostňuje minimální počet spojů plastového potrubí.
Oběh vody v soustavě
Důležitým předpokladem správné provozu topného systému je zajištění oběhu vody v soustavě.Ten je buď přirozený nebo nucený. Přirozený oběh vzniká na základě rozdílných hustot vratné (studené) a přívodní (teplé) topné vody. Nucený oběh je vyvolán tlakem oběhového čerpadla. K výhodám přirozeného oběhu patří nezávislost na dodávce elektrické energie, k výhodám nuceného oběhu zase zajištění lepších hydraulických a teplotních parametrů, dobrá regulace a měření spotřeby tepla, jakož i urychlení zátopu. Přirozený oběh je výhodný zejména pro soustavy s menším půdorysem a většími výškovými rozdíly mezi topnými tělesy a zdrojem tepla. Nucený oběh však nabízí mnohé další výhody: jmenovité světlosti potrubí vycházejí menší (z důvodu větší rychlosti proudění), topná tělesa lze umístit na úroveň zdroje tepla, má dobrou regulaci a mnohé další.
Materiál rozvodů
Volba materiálu potrubí je rozhodnutím, které podmiňuje další koncepční řešení otopné soustavy. Základní odlišnost v navrhování soustavy z plastů nebo kovů (oceli, mědi) vyplývá z odlišných mechanických vlastností těchto materiálů. Potrubí z kovových materiálů lze vést volně před stěnami bez dalších úprav, ale plastové rozvody se musí chránit proti mechanickému poškození další podpůrnou konstrukcí nebo je třeba je zabudovat do konstrukce.