Kam umístit expanzní nádobu a čerpadlo v systému ústředního vytápění?

Problematika umístění oběhového čerpadla ve vztahu k místu napojení expanzní nádoby je velmi stará. Diskutuje se o ní mezi topenáři prakticky od začátku používání oběhových čerpadel v otopných systémech. Při projektování se ale, především při malých rekonstrukcích (plynofikacích), které se většinou realizují bez projektu, stále vyskytují chyby. Proto asi není na škodu se problematikou zabývat, popř. o ní diskutovat také na internetu.

Kam umístit čerpadlo?

Tak zní často otázka a je tím většinou míněna nejistota, zda čerpadlo je vhodnější dát na zpátečku ke kotli, nebo na výstupu z kotle (poloha většinou označovaná jako "na přívodu"). Starší topenáři většinou zastávají názor, že čerpadlo patří na zpátečku. Jako zdůvodnění se většinou udává:

1/ čerpadlo pracuje v oblasti nižší teploty
2/ snižuje se riziko vylučování vzduchových bublin v čerpadle

První argument má své opodstatnění, ale je potřeba si uvědomit, že hlavní váhu měl v minulosti. Starší typy čerpadel byly konstruovány na teploty pod 100°C. Dnešní běžná čerpadla mají pracovní teplotu většinou 120°C, takže tento důvod nižší teploty ustoupil do pozadí.
Druhý důvod je vážnější. Vylučování vzduchu v místě nejnižšího tlaku na sání čerpadla je velmi nebezpečné. Může způsobit snižování výkonu čerpadla až po jeho úplný výpadek. Při kombinaci s vyšší teplotou otopné vody a nízkým statickým tlakem v systému (kotel na dřevo, otevřená expanzní nádoba, nebo chybně dimenzovaná tlaková expanze), skutečně dochází k zastavení nuceného oběhu a následnému růstu teploty vody v kotli, vzniku parních bublin, rychlému poklesu odběru tepla a nakonec až k havarijnímu přehřátí kotle. Záleží pak na tom, jak je kotel a celý systém zabepečen proti takovému stavu.
Zdálo by se proto z tohoto důvodu logické upřednostňovat umístění čerpadla na zpátečku. To však není tak jednoduché. Je nutné především hledat prvotní příčinu popsaného nežádoucího stavu. Tou je vzduch v otopném médiu. Ten je všeobecným nepřítelem topenáře. Kromě problémů v oběhových čerpadlech způsobuje celou řadu problémů dalších (hluk termostatických ventilů, postupnou tvorbu "pytlů", které zastaví oběh, korozi kovových částí apod.). Vzduch se do otopné soustavy může dostat v zásadě dvěma cestami. Jednak při napouštění a dopouštění systému (ve formě bublin a rozpuštěný) a jednak různými netěsnostmi systému. To ovšem za podmínky, že součet statického a dynamického tlaku otopné vody v místě netěsnosti je nižší než tlak atmosférický.
V následující tabulce jsou zpracovány možné varianty vzájemného zapojení kotle, oběhového čerpadla a místa napojení expanzní nádoby. Pro zjednodušení použijeme dnes téměř výlučně používanou tlakovou expanzní nádobu. Zapojením otevřené expanzní nádoby společně s víceokruhovými systémy se budeme zabývat v příštím článku.

Pozn.: Ve schematických obrázcích nejsou uvedeny další náležitosti (např. pojistný ventil), které se vzájemnou polohou expanzní nádoby a čerpadla přímo nesouvisí.

Zapojení α (kotel-čerpadlo-spotřebiče-expanze)
Zapojení β (kotel-expanze-čerpadlo-spotřebiče)
Zapojení γ (kotel-čerpadlo-expanze-spotřebiče)
Zapojení δ (kotel-expanze-spotřebiče-čerpadlo)
Zapojení ε (kotel-spotřebiče-expanze-čerpadlo)
Zapojení ζ (kotel-spotřebiče-čerpadlo-expanze)

Co z porovnání vyplývá?

Grafy znázorňují průběh dynamických tlaků v jednotlivých bodech topného systému. Zelené čáry vymezují oblast relativního přetlaku dynamického tlaku oproti tlaku statickému (tlak při stojícím čerpadle), červené čáry pak úseky relativního podtlaku. Snahou projektanta a samozřejmě i provozovatele systému je navrhnout systém tak, aby jeho co největší část byla v oblasti přetlaku. Z porovnání průběhu u jednotlivých zapojení je patrné, že pro dosažení tohoto cíle není důležitá poloha čerpadla vůči kotli, ale rozhodující je vzájemná poloha napojení expanzní nádoby a čerpadla. Jako nejvýhodnější se ukazují zapojení označené β a ε, jako méně vhodné pak zapojení α.

Jako jednoduchý závěr doporučuji k zapamatování:

Oběhové čerpadlo je možno umístit na zpátečce i na přívodu do systému, ale expanzní nádobu (tlakovou) je nutné napojit vždy poblíž sání čerpadla.
Samozřejmě, že toto jednoduché pravidlo platí pro topné systémy s jedním topným okruhem. U víceokruových systémů a systémů s otevřenou expanzní nádobou je situace složitější, ale o tom snad někdy příště.

Literatura:
Čerpadlo - na přívod nebo na zpátečku?; ing. Jiří Doubrava; Topenářství instalace 1/96
Vyvažování potrubních sítí; ing. Jiří Doubrava; Tour & Anderson Hydronics, spol. s r.o.;1997