Sprzęgło hydrauliczne do instalacji centralnego ogrzewania

1  Sprzęgła hydrauliczne są oferowane w różnych wielkościach, pozwalając na dobór zależnie od wymaganego natężenia przepływu wody grzewczej
1  Sprzęgła hydrauliczne są oferowane w różnych wielkościach, pozwalając na dobór zależnie od wymaganego natężenia przepływu wody grzewczej

Sprzęgło hydrauliczne stanowi szczególnie istotny element systemu grzewczego. Występuje w różnych wielkościach i rodzajach budowy, a jego zastosowanie jest coraz częściej niezbędne ze względu na wymagania eksploatacyjne źródła ciepła.
Elementem sprzęgającym źródło ciepła z odbiornikami ciepła (rys. 2) może być zasobnik buforowy, wymiennik ciepła lub sprzęgło hydrauliczne. W niektórych „prostych” systemach grzewczych może nie występować potrzeba stosowania któregoś z tych elementów. Zdarza się to jednak coraz rzadziej.

Elementy sprzęgające i ich cechy

Zasobnik buforowy
Stosowany jest głównie do łączenia kilku źródeł ciepła, a także przy solarnym wspomaganiu ogrzewania budynku. Pełni rolę akumulatora ciepła i jednocześnie sprzęgła hydraulicznego. Zwiększa jednak wymaganą powierzchnię zabudowy, powoduje dodatkowe straty ciepła i może obniżać sprawność źródła ciepła (wymagana wyższa temperatura zasilania, dodatkowe straty ciepła), a więc powinien być stosowany w razie takiej potrzeby i starannie dobrany.

2  Wybór elementu jest zależny od potrzeby gromadzenia ciepła, połączenia kilku źródeł ciepła w jednym systemie, rodzaju źródła ciepła i jego wymagań, rodzaju odbiorników ciepła
2  Wybór elementu jest zależny od potrzeby gromadzenia ciepła, połączenia kilku źródeł ciepła w jednym systemie, rodzaju źródła ciepła i jego wymagań, rodzaju odbiorników ciepła

Wymiennik ciepła
Zapewnia całkowite oddzielenie obiegów grzewczych od źródła ciepła. Stosowany jest gdy np. zamknięty system grzewczy musi współpracować ze źródłem ciepła pracującym w układzie otwartym (kocioł na paliwo stałe). Stosowany jest także do współpracy nowego źródła ciepła z instalacją grzewczą, do której ma dostęp powietrze (układ otwarty, starsze instalacje ogrzewania podłogowego z rurą bez bariery antydyfuzyjnej). Pozwala zróżnicować natężenie przepływu wody grzewczej po stronie źródła ciepła i odbiorników ciepła.

Sprzęgło hydrauliczne
Służy do rozdzielenia hydraulicznego źródła ciepła i odbiorników ciepła. Stosowane obecnie coraz częściej dla kotłów wiszących i kompaktowych o małej pojemności wodnej, a także dla pomp ciepła (głównie typu powietrze/woda). Pozwala zróżnicować natężenia przepływu wody grzewczej i złagodzić wpływ pracy odbiorników ciepła na źródło ciepła. W kotłach niekondensacyjnych dodatkowo podwyższa temperaturę powrotu wody grzewczej (wymagania ochrony kotła).

Bilans natężeń przepływu wody grzewczej przez kocioł i instalację grzewczą

Na podstawie porównania wymaganego natężenia przepływu wody grzewczej w instalacji grzewczej z natężeniem przepływu dopuszczalnym dla kotła (np. 1200 l/h), można uzyskać podstawową informację o potrzebie zastosowania elementu rozdzielającego kocioł od instalacji grzewczej (rys. 3).

3  Natężenie przepływu wody grzewczej w niskotemperaturowym systemie grzewczym bardzo często przekracza dopuszczalny poziom natężenia przepływu wody przez kocioł wiszący
3  Natężenie przepływu wody grzewczej w niskotemperaturowym systemie grzewczym bardzo często przekracza dopuszczalny poziom natężenia przepływu wody przez kocioł wiszący

Przykładowo kocioł wiszący o mocy grzewczej 6,1-20,6 kW będzie mógł bezpośrednio zasilać instalację grzejnikową o mocy 15 kW przy parametrach wody 75/60°C (punkt „B”, rys. 4). W przypadku ogrzewania podłogowego natężenie przepływu wody przy parametrach 35/28°C będzie już zbyt wysokie (punkt „A”) dla kotła (zarówno o mocy 6,1-20,6, jak i 9,4-27,0 kW), co z kolei będzie wymagało oddzielenia go np. za pomocą sprzęgła hydraulicznego.

4  Punkt pracy instalacji grzewczej w zależności od mocy grzewczej i różnicy temperatury zasilania i powrotu wody grzewczej. Dopasowanie instalacji grzewczej do charakterystyki hydraulicznej kotła
4  Punkt pracy instalacji grzewczej w zależności od mocy grzewczej i różnicy temperatury zasilania i powrotu wody grzewczej. Dopasowanie instalacji grzewczej do charakterystyki hydraulicznej kotła

Jak określić natężenie przepływu wody grzewczej przez kocioł?

Natężenie przepływu wody grzewczej w instalacji ogrzewania domu będzie zależne od mocy grzewczej obiegu i różnicy temperatury pomiędzy zasilaniem i powrotem. Przykładowo dla obiegu grzewczego o wymaganej mocy grzewczej 15 kW, natężenie przepływu wody będzie wynosiło (dla nominalnej temperatury roboczej):

Obliczenie natężenia przepływu V (l/h):

V = Qx860 / ΔT= 15×860 / (35-28)
V = 1842 l/h
gdzie:
Q – moc grzewcza obiegu (np. 15 kW)
ΔT – różnica temperatury między zasilaniem i powrotem (np. 35-28 = 7 K)

Dobór sprzęgła hydraulicznego

Nomogramy producentów kotłów często wprost przekazują informację, jaka moc grzewcza może być bezpośrednio przekazywana do instalacji grzewczej, przy określonej różnicy temperatury między zasilaniem i powrotem wody do kotła. Dobór sprzęgła hydraulicznego jest uzależniony przede wszystkim od natężenia przepływu wody grzewczej, jakie może w nim występować. Przykładowo sprzęgło hydrauliczne Vaillant WH 40 może pracować z natężeniem przepływu wody grzewczej 3500 l/h (3,5 m3/h). Pozwala to na współpracę np. z instalacją grzewczą o mocy grzewczej nawet 40 kW przy różnicy temperatury zasilania i powrotu 10 K lub 20 kW przy różnicy 5 K (rys. 5).

5  Nomogram producenta dla doboru wielkości sprzęgła hydraulicznego w oparciu o przenoszoną moc grzewczą  i różnicę temperatury zasilania i powrotu wody grzewczej
5  Nomogram producenta dla doboru wielkości sprzęgła hydraulicznego w oparciu o przenoszoną moc grzewczą i różnicę temperatury zasilania i powrotu wody grzewczej

2 odmienne tryby pracy sprzęgła hydraulicznego

W dobie kotłów stało- lub niskotemperaturowych, sprzęgło hydrauliczne pracowało w odwrotny sposób, jak w układach z kotłami kondensacyjnymi.
To po stronie kotła natężenie przepływu wody grzewczej było większe, a temperatura powrotu była podwyższana dla ochrony kotła przed pracą w trybie kondensacji. Sprzęgło hydrauliczne było często spotykane w kotłowniach kaskadowych. W takim układzie można było zastosować kotły o różnej mocy grzewczej. Sprzęgło hydrauliczne rozdzielało obieg kotłów od instalacji grzewczej, tak aby nie dochodziło do zakłóceń pracy pomp obiegowych i aby ograniczyć wpływ instalacji grzewczej na pracę kotłów. Było to szczególnie ważne w starych modernizowanych systemach grzewczych o dużej pojemności wodnej (zładzie) w stosunku do pojemności kotłów grzewczych.
Sprzęgło hydrauliczne w połączeniu z kotłem stało- lub niskotemperaturowym pozwala podwyższyć temperaturę powrotu. Dla tego rodzaju kotłów jest to często wymóg ochrony przed kondensacją pary wodnej ze spalin i korozją powierzchni grzewczych.
Sprzęgło hydrauliczne w połączeniu z kotłem kondensacyjnym nie zmienia temperatury powrotu wody grzewczej, przez co zachowane są korzystne warunki dla kondensacyjnego trybu pracy kotła. Należy uwzględnić niższą temperaturę zasilania na dobór instalacji grzewczej (szczególnie dla grzejników i wymienników ciepła).

6  2 warianty funkcjonowania sprzęgła hydraulicznego zależnie od typu kotła
6  2 warianty funkcjonowania sprzęgła hydraulicznego zależnie od typu kotła

Sprzęgło hydrauliczne a pojemność wodna kotła

Sprzęgło hydrauliczne jest wymagane, gdy dla kotła jest określone maksymalne natężenie przepływu wody grzewczej, a natężenie przepływu wody w instalacji będzie od niego większe. Kotły wiszące należą do urządzeń przepływowych, w których pojemność wodna wymiennika spaliny/woda wynosi zazwyczaj nie więcej niż 2-3 litry (rys. 7). Zwiększone opory przepływu wymiennika wymuszają dodatkowo warunek nieprzekraczania określonego natężenia przepływu wody. Zwiększone natężenie przepływu jest cechą charakterystyczną dla instalacji ogrzewania podłogowego. W kotłach stojących pojemność wodna jest często zdecydowanie większa, a opory przepływu niższe. Brak ograniczenia natężenia przepływu wody przez taki kocioł eliminuje wówczas potrzebę stosowania sprzęgła hydraulicznego.

Sprzęgło hydrauliczne dla kotła kompaktowego (centrali grzewczej)

UWAGA! Sprzęgło hydrauliczne może być również elementem wymaganym w przypadku kompaktowego kotła stojącego (kocioł z podgrzewaczem wody użytkowej). Tego rodzaju kotły pomimo kwalifikowania ich często do grupy stojących, mają wszystkie cechy kotła wiszącego. Wynika to z zastosowania we wspólnej obudowie modułu kotła wiszącego oraz podgrzewacza wody użytkowej wraz z dodatkowym osprzętem. A więc takie parametry kotła kompaktowego (centrali grzewczej), jak mała pojemność wodna oraz zwiększone opory przepływu, będą charakterystyczne jak dla kotłów wiszących (rys. 8).

7  Porównanie pojemności wodnej kotła wiszącego i stojącego
7  Porównanie pojemności wodnej kotła wiszącego i stojącego
8  Schemat hydrauliczny instalacji grzewczej (2 obiegi grzewcze) z kompaktowym kotłem grzewczym
8  Schemat hydrauliczny instalacji grzewczej (2 obiegi grzewcze) z kompaktowym kotłem grzewczym

Kiedy należy stosować sprzęgło hydrauliczne?

Zazwyczaj występuje kilka warunków wymagających zastosowania sprzęgła hydraulicznego w systemie grzewczym. Do najczęstszych można zaliczyć:
• zbyt wysokie opory przepływu instalacji grzewczej w stosunku do wysokości podnoszenia pompy obiegowej wbudowanej w kotle wiszącym. Wymagane zastosowanie pomp na obiegach grzewczych, a przez to rozdzielenie hydrauliczne od pompy obiegowej wbudowanej w kotle;
• zbyt wysokie natężenie przepływu wody w instalacji grzewczej w stosunku do dopuszczalnego dla kotła (najczęściej wiszącego lub kompaktowego). Wymagane oddzielenie hydrauliczne kotła, dla umożliwienia jego pracy z niższym natężeniem przepływu wody i wyższą różnicą temperatury;
• kotłownia kaskadowa złożona z kotłów wiszących, które są standardowo wyposażone w pompę obiegową (wbudowaną lub zainstalowaną przy kotle). Wymagane rozdzielenie hydrauliczne pomp obiegowych przy kotłach od pomp obiegowych instalacji grzewczej;
• kotłownia kaskadowa złożona z kotłów stało- lub niskotemperaturowych z wymaganą ochroną min. temperatury powrotu (np. min. 40°C). Sprzęgło zapewnia wówczas częściowy nawrót do kotłowni wody zasilającej i przez to podwyższenie temperatury powrotu wody do kotłowni;
• współpraca kotła/kotłów ze starą instalacją grzewczą o dużym zładzie wodnym i z ograniczonym wpływem na sterowanie jej pracą. Wymagane oddzielenie kotła/kotłów od instalacji, dla ograniczenia niekorzystnego wpływu pracy instalacji na pracę kotła/kotłów.
Materiał graficzny: Vaillant

Porada pochodzi z portalu EKO-BLOG firmy Vaillant
www.eko-blog.pl

Bezpłatna prenumerata