Klimatizacija, grijanje, ventilacija

Sustavi grijanja

Osnovne značajke i podjela

Sustavi grijanja se mogu podijeliti na nekoliko osnovnih načina:

  • prema energentu
  • prema načinu zagrijavanja
  • prema izvedbi ogrjevnih tijela.

Podjela sustava grijanja prema energentu osniva se na izvoru energije koji se koristi za pretvorbu u toplinu pa oni mogu biti:

  • plinski
  • na loživo ulje
  • električni (na struju)
  • na kruta goriva
  • solarni
  • na toplinu iz okoliša
  • spojeni na toplinarski sustav (tzv. daljinsko grijanje) itd.

Podjela sustava grijanja prema načinu zagrijavanja u obzir uzima položaj izvora topline (ložišta) u odnosu na prostoriju koju je potrebno zagrijavati. Sustavi grijanja tako mogu biti:

Lokalni ili pojedinačni sustavi grijanja: prostorija se zagrijava izravno iz izvora topline koji je u njoj smješten. Primjeri: kamini (plinski, na kruta goriva), štednjaci (električni, na kruta goriva), peći (na kruta goriva, električne, plinske, uljne), zagrijači zraka (električni, plinski infracrveni), grijalice (plinske, električne), električno podno grijanje itd.

Centralni sustavi grijanja: prostorija se zagrijava posredno, pomoću ogrjevnih tijela kroz koje struji prikladni prijenosnik energije, odnosno ogrjevni medij (topla ili vrela voda, para, topli zrak) koji se zagrijava u izvoru topline smještenom na jednom mjestu u građevini. Primjeri: radijatorsko toplovodno centralno grijanje (na plin, loživo ulje, kruta goriva, električno, solarno, spojeno na toplinarski sustav), toplovodno podno grijanje, toplovodno grijanje velikih prostora zračnim grijačima itd. Podjela sustava grijanja prema izvedbi ogrjevnih tijela se temelji na načinu na koji se toplina predaje prostoriji. Oni tada mogu biti:

  • izravni (objedinjeni s izvorom topline): npr. kamini, peći, grijalice, štednjaci itd.
  • radijatorski: npr. toplovodni, vrelovodni, parni, električni itd.
  • konvektorski: npr. toplovodni, električni itd.
  • ventilokonvektorski: npr. toplovodni itd.
  • površinski (podni, zidni i stropni): npr. toplovodni, električni itd.

Sustavi centralnog toplovodnog grijanja, koji su danas u primjeni najčešći i u pravilu se pojavljuju pod nazivima centralno ili etažno grijanje, mogu se podijeliti na još nekoliko načina:

a) prema izvedbi strujanja ogrjevnog medija (tople vode):
s prisilnom cirkulacijom (crpni ili pumpni)
s prirodnom cirkulacijom (gravitacijski)
b) prema temperaturi ogrjevnog medija:
standardni: s tzv. standardnim temperaturama polaznog i povratnog voda (90/70 °C)
niskotemperaturni: sa sniženim temperaturama polaznog i povratnog voda (npr. povratnog voda do 55 °C)
c) prema vezi razvoda s atmosferskim tlakom:
otvoreni
zatvoreni (tlačni)
d) prema izvedbi razvoda:
jednocijevni
dvocijevni
Tichelmannovi

Osnovni pojmovi o grijanju

Sustav grijanja su svi elementi (izvori topline, ogrjevna tijela, razvod, regulacija, opskrba energentom itd) koji u nekom objektu (građevini, vozilu, plovilu i sl) služe za grijanje prostorija, odnosno za ostvarivanje osjećaja (toplinske) ugodnosti kod osoba koje u njima borave ili pak za zadovoljavanje zahtjeva procesa koji se u njima odvijaju.

Izvor topline je glavni dio sustava grijanja i u njemu dolazi do pretvorbe energije iz njezinog primarnog oblika ili izvora (npr. kemijske energije goriva, električne, Sunčeve itd) u toplinu. U lokalnim je sustavima grijanja objedinjen s ogrjevnim tijelom, tj. njime se prostorija zagrijava izravno (npr. plinska peć, kamin na drva, električna grijalica i sl), dok kod centralnih sustava grijanja izvor topline najprije zagrijava prikladni prijenosnik energije koji se potom do ogrjevnih tijela smještenih u prostorijama prenosi odgovarajućim razvodom (npr. etažno grijanje s plinskim kotlom).

Ložište je dio izvora topline u kojemu dolazi do pretvorbe kemijske energije goriva u toplinu procesom izgaranja. Toplina se pri tome pomoću odgovarajućeg izmjenjivača topline prenosi izravno na prostoriju ili na prikladni prijenosnik energije.

Razvod je dio centralnih sustava grijanja koji služi za prijenos toplinske energije do prostorija pomoću odgovarajućeg prijenosnika energije (najčešće tople vode).

Prijenosnik energije ili ogrjevni medij je tvar koja u centralnim sustavima grijanja služi za prijenos energije od izvora topline do ogrjevnih tijela smještenih u prostorijama. Kao prijenosnik topline danas se koriste topla ili vrela voda, para ili topli zrak.

Ogrjevno tijelo je dio sustava grijanja koji služi za prijenos topline na prostoriju. U lokalnim sustavima grijanja ogrjevno tijelo je ujedno izvor topline, dok kod centralnih sustava grijanja predstavlja zaseban element (npr. radijator, cijevi podnog grijanja, toplovodni zračni zagrijač zraka i sl).

Standardni kotao je izvor topline u centralnim sustavima grijanja s konstantnim temperaturama polaznog i povratnog voda 90/70 °C te izlaznom temperaturom dimnih plinova 230 - 300 °C, odnosno kod kojeg su pogonske temperature ograničene njegovom izvedbom. Niskotemperaturni kotao je izvor topline u centralnim sustavima grijanja koji ima mogućnost trajnog pogona pri temperaturi povratnog voda između 35 i 40 °C te kod kojeg pri određenim okolnostima može doći do kondenzacije vodene pare iz dimnih plinova.

Kondenzacijski kotao je izvor topline u centralnim sustavima grijanja kod kojeg postoji mogućnost iskorištavanja topline kondenzacije vodene pare iz dimnih plinova, odnosno latentne topline ili energije promjene agregatnog stanja vode iz parovitog u kapljevito pri čemu dolazi do izdvajanja vodene pare u kapljevitom obliku, kao kondenzat.

Donja ogrjevna vrijednost (Hd, Hu, Hi) nekog plinovitog ili kapljevitog goriva je toplina koja se oslobađa pri potpunom izgaranju određene količine goriva pri čemu su početna (s kojom tvari ulaze u proces izgaranja) i krajnja temperatura (s kojom produkti izgaranja izlaze iz procesa) jednake okolnoj temperaturi i iznose 15 °C, a voda nastala procesom izgaranja nalazi se isključivo u parovitom agregatnom stanju. Drugim riječima, to je toplina koja je oslobođena procesom izgaranja bez dodatnog iskorištavanja topline kondenzacije vodene pare.

Gornja ogrjevna vrijednost (Hg, Ho, Hs) je toplina koja se oslobađa pri potpunom izgaranju određene količine nekog goriva pri čemu su početna i krajnja temperatura jednake okolnoj temperaturi (15 °C), a voda nastala procesom izgaranja nalazi se u kapljevitom agregatnom stanju. Drugim riječima, to je toplina oslobođena pri izgaranju goriva nakon čega se još dodatno iskorištava toplina kondenzacije vodene pare iz dimnih plinova, odnosno najveća moguća energija koja se može dobiti izgaranjem nekog goriva.

Učin (Q) je veličina koja pokazuje koliko neki izvor topline u jedinici vremena na neki prijenosnik energije ili na neposrednu okolicu (prostoriju) može predati toplinske energije.

Nazivni toplinski učin (QN) je najveći dopušteni učin nekog izvora topline koji se pri trajnom pogonu može predavati prijenosniku energije ili neposrednoj okolici, a određuje ga proizvođač uređaja. Kod plinskih ili uljnih kotlova za centralno grijanje jednak je gornjoj granici područja toplinskog učina.

Nazivno toplinsko opterećenje (Qopt) je toplinski učin koji je određen u odnosu na donju ogrjevnu vrijednost, a po iznosu je jednak toplinskom učinu izgaranja.

Toplinski učin izgaranja (Qizg) je toplinski učin koji je ostvaren tijekom izgaranja goriva u ložištu izvora topline do postizanja nazivnog toplinskog učina.

Gubici topline putem dimnih plinova (qDPg) su jednaki omjeru toplinskog toka koji nakon izgaranja neiskorišten odlazi s dimnim plinovima kroz dimnjak u okolicu i toplinskog učina izgaranja:

Gubici u stanju pripravnosti (qpr) su jednaki omjeru topline koja se zračenjem i konvekcijom predaje neposrednoj okolici kotla i toplinskog učina izgaranja, a određuju se pri srednjoj nadtemperaturi kotla 55 °C, pri čemu u vrijeme kada je kotao u pripravnosti na izlazu dimovodne cijevi mora postojati ravnomjeran podtlak 0,05 mbar i ne smije se odavati korisna toplina.

Stupanj djelovanja pri izgaranju ((izg) je jednak je razlici ukupne dovedene energije iskazane kao donja ogrjevna vrijednost (100%) i gubitaka topline putem dimnih plinova:

Stupanj djelovanja kotla ((K) je jednak omjeru nazivnog toplinskog učina pri postojanom pogonu (kada su temperature vode i kotla jednake, a temperature polaznog i povratnog voda konstantne) i toplinskog učina izgaranja:

Godišnji stupanj iskoristivosti (god) je osnovna vrijednost kojom se opisuje učinkovitost izvora topline i prema VDI 2067 određen je jednadžbom:

pri čemu su:
god - godišnji stupanj iskoristivosti,%
k - stupanj djelovanja kotla,%
qpr - relativni gubici u stanju pripravnosti, %
b - vrijeme uključenosti cijelog sustava grijanja tijekom godine, h godišnje
bpl - vrijeme uključenosti plamenika tijekom godine, h godišnje.

Normalni stupanj iskoristivosti ((N) je osnovna vrijednost za uspoređivanje izvora topline. Izračunava se na temelju pet vrijednosti djelomičnog opterećenja prema odgovarajućim dnevnim vanjskim temperaturama iz kojih se dobiva pet pojedinačnih stupnjeva iskoristivosti iz kojih se potom kao srednja vrijednost računa normalni stupanj iskoristivosti.

Temperatura dimnih plinova ((DP) je temperatura koja se mjeri u neposrednoj blizini izlaska dimovodne cijevi iz kotla, a ovisi o temperaturi vode u kotlu, stupnju onečišćenja i opterećenju kotla. Za dimenzioniranje dimnjaka i određivanje gubitaka putem dimnih plinova mjerodavna je temperatura dimnih plinova koja je određena pri postojanom pogonu i uz temperaturu vode u kotlu od najmanje 60 °C.

Pad tlaka na strani dimnih plinova ((pDP) je razlika tlakova dimnih plinova između mjernog mjesta u dimovodnoj cijevi i ložišta izvora topline.

Pad tlaka na strani vode ((pV) je razlika tlakova na priključcima polaznog i povratnog voda u centralnim sustavima grijanja uz protok prijenosnika energije (tople ili vrele vode) koji odgovara nazivnom učinu.

Želim znati više: