Γενικά.
Εκείνο που χαρακτηρίζει μια εγκατάσταση κεντρικής θέρμανσης είναι η ύπαρξη μιας μόνο πηγής παραγωγής θερμότητας και η μεταφορά της θερμότητας στους προς θέρμανση χώρους, η οποία πραγματοποιείται με τρόπους που θα εξετάσουμε παρακάτω.
H κεντρική πηγή παραγωγής θερμότητας είναι δυνατό να εξυπηρετεί συνολικά ένα κτίριο, ένα συγκρότημα κτιρίων, μια συνοικία ή ακόμη και μια ολόκληρη πόλη.
H πηγή αυτή, όταν εξυπηρετεί ένα κτίριο, είναι εγκαταστημένη συνήθως σε κατάλληλο υπόγειο χώρο, τελείως ανεξάρτητο από τους άλλους ωφέλιμους χώρους του κτιρίου, για λόγους ασφάλειας και άνεσης. Αποφεύγονται έτσι οι θόρυβοι, οι αναθυμιάσεις και οι κίνδυνοι από μια έκρηξη ή από μια πυρκαγιά στο χώρο του λεβητοστασίου.
H παραγόμενη θερμική ενέργεια μεταφέρεται στους χώρους που πρέπει να θερμανθούν, από ένα ενδιάμεσο φορέα θερμότητος, ένα εργαζόμενο ρευστό μέσο όπως λέμε, με ένα ειδικά υπολογισμένο σύστημα διανομής.
Ως ενδιάμεσος φορέας θερμότητας χρησιμοποιείται το νερό, ο ατμός ή ο αέρας. Το σύστημα διανομής μπορεί να είναι δίκτυο σωληνώσεων ή δίκτυο αεραγωγών ή συνδυασμός και των δύο δικτύων.
Ο ενδιάμεσος φορέας θερμότητας αποδίδει στο χώρο που πρέπει να θερμανθεί τη θερμική ενέργεια που μεταφέρει, με ειδικούς συνήθως εναλλάκτες θερμότητας, οι οποίοι ονομάζονται θερμοπομποί. Βέβαια, υπάρχει και η περίπτωση που ο αέρας, ως ενδιάμεσος φορέας, κυκλοφορεί και θερμαίνει κάποιο χώρο απευθείας, χωρίς θερμοπομπό. Πολλοί τύποι θερμοπομπών (π.χ. θερμαντικά σώματα, τοπικές μονάδες ανεμιστήρα-στοιχείου κλπ.), έχουν κατασκευασθεί μέχρι σήμερα και καλύπτουν τόσο λειτουργικές απαιτήσεις όσο και ειδικές απαιτήσεις ως προς το είδος της θερμάνσεως και τις διαστάσεις των χώρων, καθώς επίσης και απαιτήσεις ως προς την αισθητική εμφάνιση των θερμοπομπών.
Υπάρχουν αναρίθμητα, μπορεί να πει κανείς, συστήματα κεντρικής θερμάνσεως, αν ληφθεί υπόψη η δυνατότητητα των τόσων συνδυασμών ανάμεσα στο είδος του χρησιμοποιούμενου καυσίμου, στις μεθόδους παραγωγής της θερμικής ενέργειας, στο είδος του ενδιάμεσου θερμοφορέα και στους τύπους των θερμοπομπών.
Μια βασική ταξινόμηση των συστημάτων κεντρικής θερμάνσεως, με βάση τους παραπάνω αναφερόμενους συνδυασμούς, αναγκαία για μια πλήρη και συστηματική περιγραφή τους, φαίνεται στον πίνακα 5.1.
Εκείνο που χαρακτηρίζει μια εγκατάσταση κεντρικής θέρμανσης είναι η ύπαρξη μιας μόνο πηγής παραγωγής θερμότητας και η μεταφορά της θερμότητας στους προς θέρμανση χώρους, η οποία πραγματοποιείται με τρόπους που θα εξετάσουμε παρακάτω.
H κεντρική πηγή παραγωγής θερμότητας είναι δυνατό να εξυπηρετεί συνολικά ένα κτίριο, ένα συγκρότημα κτιρίων, μια συνοικία ή ακόμη και μια ολόκληρη πόλη.
H πηγή αυτή, όταν εξυπηρετεί ένα κτίριο, είναι εγκαταστημένη συνήθως σε κατάλληλο υπόγειο χώρο, τελείως ανεξάρτητο από τους άλλους ωφέλιμους χώρους του κτιρίου, για λόγους ασφάλειας και άνεσης. Αποφεύγονται έτσι οι θόρυβοι, οι αναθυμιάσεις και οι κίνδυνοι από μια έκρηξη ή από μια πυρκαγιά στο χώρο του λεβητοστασίου.
H παραγόμενη θερμική ενέργεια μεταφέρεται στους χώρους που πρέπει να θερμανθούν, από ένα ενδιάμεσο φορέα θερμότητος, ένα εργαζόμενο ρευστό μέσο όπως λέμε, με ένα ειδικά υπολογισμένο σύστημα διανομής.
Ως ενδιάμεσος φορέας θερμότητας χρησιμοποιείται το νερό, ο ατμός ή ο αέρας. Το σύστημα διανομής μπορεί να είναι δίκτυο σωληνώσεων ή δίκτυο αεραγωγών ή συνδυασμός και των δύο δικτύων.
Ο ενδιάμεσος φορέας θερμότητας αποδίδει στο χώρο που πρέπει να θερμανθεί τη θερμική ενέργεια που μεταφέρει, με ειδικούς συνήθως εναλλάκτες θερμότητας, οι οποίοι ονομάζονται θερμοπομποί. Βέβαια, υπάρχει και η περίπτωση που ο αέρας, ως ενδιάμεσος φορέας, κυκλοφορεί και θερμαίνει κάποιο χώρο απευθείας, χωρίς θερμοπομπό. Πολλοί τύποι θερμοπομπών (π.χ. θερμαντικά σώματα, τοπικές μονάδες ανεμιστήρα-στοιχείου κλπ.), έχουν κατασκευασθεί μέχρι σήμερα και καλύπτουν τόσο λειτουργικές απαιτήσεις όσο και ειδικές απαιτήσεις ως προς το είδος της θερμάνσεως και τις διαστάσεις των χώρων, καθώς επίσης και απαιτήσεις ως προς την αισθητική εμφάνιση των θερμοπομπών.
Υπάρχουν αναρίθμητα, μπορεί να πει κανείς, συστήματα κεντρικής θερμάνσεως, αν ληφθεί υπόψη η δυνατότητητα των τόσων συνδυασμών ανάμεσα στο είδος του χρησιμοποιούμενου καυσίμου, στις μεθόδους παραγωγής της θερμικής ενέργειας, στο είδος του ενδιάμεσου θερμοφορέα και στους τύπους των θερμοπομπών.
Μια βασική ταξινόμηση των συστημάτων κεντρικής θερμάνσεως, με βάση τους παραπάνω αναφερόμενους συνδυασμούς, αναγκαία για μια πλήρη και συστηματική περιγραφή τους, φαίνεται στον πίνακα 5.1.
Όπως φαίνεται και στον πίνακα, ο κύριος διαχωρισμός των συστημάτων κεντρικής θερμάνσεως γίνεται με βάση το είδος του ενδιάμεσου φορέα θερμότητας, που όπως είδαμε είναι το νερό, ο ατμός ή ο αέρας.
Έτσι προκύπτουν οι παρακάτω βασικές κατηγορίες συστημάτων:
Τις βασικές αυτές κατηγορίες καθώς και τα υποσυστήματα των συστημάτων κεντρικής θερμάνσεως, τα οποία διακρίνομε παραπέρα στις κατηγορίες αυτές, όπως άλλωστε φαίνονται στον πίνακα 5.1, θα εξετάσομε στη συνέχεια.
Κεντρική θέρμανση με νερό χαμηλών θερμοκρασιών.
Το σύστημα αυτό, που συνήθως απλά το αναφέρομε ως κεντρική θέρμανση με θερμό νερό, είναι το πιο διαδομένο σε συνήθεις εφαρμογές στη χώρα μας. H μέγιστη θερμοκρασία με την οποία το νερό τροφοδοτείται στους θερμοπομπούς μπορεί να φθάσει τους 120°C και η μέγιστη πίεση λειτουργίας τα 1100 kPa (11,2 Atm).
Στην πράξη, η συνηθισμένη πίεση λειτουργίας, η οποία άλλωστε περιορίζεται από την αντοχή των λεβήτων, των θερμοπομπών, του δικτύου σωληνώσεων και του υπόλοιπου εξοπλισμού της εγκαταστάσεως, είναι 200 kPa (2,03 Atm) και η μέγιστη θερμοκρασία του νερού τροφοδοσίας των θερμοπομπών περίπου 90°C.
Θα περιγράψομε στη συνέχεια τα βασικά στοιχεία ενός συστήματος κεντρικής θερμάνσεως με θερμό νερό.
α) Παραγωγή της θερμικής ενέργειας.
Στις εγκαταστάσεις αυτές για την παραγωγή της θερμότητας για τη θέρμανση του νερού χρησιμοποιούνται συνήθως λέβητες πετρελαίου ή λέβητες στερεών καυσίμων (λιγνίτης, κωκ, ξύλο κλπ.) ή λέβητες αέριων καυσίμων (υγραέριο, φυσικό αέριο, φωταέριο) ή ακόμα εναλλάκτες θερμότητας ατμού-νερού ή νερού-νερού.
Σύστημα διανομής.
Το σύστημα διανομής αποτελείται βασικά από δίκτυο σωληνώσεων μέσα από το οποίο μεταφέρεται το θερμό νερό στους χώρους όπου θα αποδοθεί η θερμική ενέργεια.
Διακρίνομε, συνήθως, δύο συστήματα δικτύων σωληνώσεων:
Στο μονοσωλήνιο σύστημα [σχ. 5.2α(α)] χρησιμοποιείται ένας μόνο σωλήνας, για τη σύνδεση και την τροφοδοσία των θερμοπομπών δηλαδή το νερό, αφού τροφοδοτήσει τον πρώτο θερμοπομπό του συστήματος, εξέρχεται και τροφοδοτεί στη συνέχεια το δεύτερο θερμοπομπό κ.ο.κ. Έχομε δηλαδή σε σειρά σύνδεση των θερμοπομπών.
Στο δισωλήνιο σύστημα [σχ. 5.2α(β)] κάθε θερμοπομπός συνδέεται σε δύο σωλήνες του συστήματος: το σωλήνα θερμού νερού ή σωλήνα προσαγωγής και το σωλήνα ψυχρού νερού ή σωλήνα επιστροφής, με τον οποίο το νερό επιστρέφει στο λέβητα για να θερμανθεί. Έχομε δηλαδή παράλληλη σύνδεση των θερμοπομπών προς το δίκτυο σωληνώσεων.
Έτσι προκύπτουν οι παρακάτω βασικές κατηγορίες συστημάτων:
- Κεντρική θέρμανση με θερμό νερό.
- Κεντρική θέρμανση με ατμό.
- Κεντρική θέρμανση με αέρα.
Τις βασικές αυτές κατηγορίες καθώς και τα υποσυστήματα των συστημάτων κεντρικής θερμάνσεως, τα οποία διακρίνομε παραπέρα στις κατηγορίες αυτές, όπως άλλωστε φαίνονται στον πίνακα 5.1, θα εξετάσομε στη συνέχεια.
Κεντρική θέρμανση με νερό χαμηλών θερμοκρασιών.
Το σύστημα αυτό, που συνήθως απλά το αναφέρομε ως κεντρική θέρμανση με θερμό νερό, είναι το πιο διαδομένο σε συνήθεις εφαρμογές στη χώρα μας. H μέγιστη θερμοκρασία με την οποία το νερό τροφοδοτείται στους θερμοπομπούς μπορεί να φθάσει τους 120°C και η μέγιστη πίεση λειτουργίας τα 1100 kPa (11,2 Atm).
Στην πράξη, η συνηθισμένη πίεση λειτουργίας, η οποία άλλωστε περιορίζεται από την αντοχή των λεβήτων, των θερμοπομπών, του δικτύου σωληνώσεων και του υπόλοιπου εξοπλισμού της εγκαταστάσεως, είναι 200 kPa (2,03 Atm) και η μέγιστη θερμοκρασία του νερού τροφοδοσίας των θερμοπομπών περίπου 90°C.
Θα περιγράψομε στη συνέχεια τα βασικά στοιχεία ενός συστήματος κεντρικής θερμάνσεως με θερμό νερό.
α) Παραγωγή της θερμικής ενέργειας.
Στις εγκαταστάσεις αυτές για την παραγωγή της θερμότητας για τη θέρμανση του νερού χρησιμοποιούνται συνήθως λέβητες πετρελαίου ή λέβητες στερεών καυσίμων (λιγνίτης, κωκ, ξύλο κλπ.) ή λέβητες αέριων καυσίμων (υγραέριο, φυσικό αέριο, φωταέριο) ή ακόμα εναλλάκτες θερμότητας ατμού-νερού ή νερού-νερού.
Σύστημα διανομής.
Το σύστημα διανομής αποτελείται βασικά από δίκτυο σωληνώσεων μέσα από το οποίο μεταφέρεται το θερμό νερό στους χώρους όπου θα αποδοθεί η θερμική ενέργεια.
Διακρίνομε, συνήθως, δύο συστήματα δικτύων σωληνώσεων:
- Το σύστημα δύο σωλήνων ή δισωλήνιο.
- Το μονοσωλήνιο σύστημα.
Στο μονοσωλήνιο σύστημα [σχ. 5.2α(α)] χρησιμοποιείται ένας μόνο σωλήνας, για τη σύνδεση και την τροφοδοσία των θερμοπομπών δηλαδή το νερό, αφού τροφοδοτήσει τον πρώτο θερμοπομπό του συστήματος, εξέρχεται και τροφοδοτεί στη συνέχεια το δεύτερο θερμοπομπό κ.ο.κ. Έχομε δηλαδή σε σειρά σύνδεση των θερμοπομπών.
Στο δισωλήνιο σύστημα [σχ. 5.2α(β)] κάθε θερμοπομπός συνδέεται σε δύο σωλήνες του συστήματος: το σωλήνα θερμού νερού ή σωλήνα προσαγωγής και το σωλήνα ψυχρού νερού ή σωλήνα επιστροφής, με τον οποίο το νερό επιστρέφει στο λέβητα για να θερμανθεί. Έχομε δηλαδή παράλληλη σύνδεση των θερμοπομπών προς το δίκτυο σωληνώσεων.
Και τα δύο αυτά συστήματα σωληνώσεων θα περιγραφούν αναλυτικά σε επόμενες παραγράφους.
Μια άλλη διάκριση γίνεται συνήθως ως προς το είδος της κυκλοφορίας του νερού μέσα στις σωληνώσεις. Έτσι διακρίνομε:
Στα συστήματα φυσικής κυκλοφορίας, που είχαν αναπτυχθεί παλαιότερα και που σήμερα δεν χρησιμοποιούνται σχεδόν καθόλου, η κυκλοφορία του νερού οφείλεται μόνο στη διαφορά ειδικού βάρους μεταξύ θερμού και ψυχρού νερού Το θερμό νερό, που είναι ελαφρότερο, μπορεί να ανέβει προς τα πάνω, ενώ στη συνέχεια ψύχεται, βαραίνει και αρχίζει να κυκλοφορεί προς τα κάτω.
Στα συστήματα Εξαναγκασμένης κυκλοφορίας, τα οποία σχεδόν αποκλειστικά χρησιμοποιούνται σήμερα, για την κυκλοφορία του θερμού νερού στο δίκτυο χρησιμοποιείται ηλεκτροκίνητος κυκλοφορητής ή αντλία.
Στη συνέχεια του βιβλίου αυτού, χωρίς ιδιαίτερη αναφορά, θα εννοούμε πάντα ότι έχομε σύστημα εξαναγκασμένης κυκλοφορίας. Πάντως, σε επόμενη παράγραφο του κεφαλαίου αυτού, θα εξετάσομε και το σύστημα φυσικής κυκλοφορίας.
Ένα θέμα που συνδέεται άμεσα με το σύστημα διανομής είναι η θερμομόνωση των σωληνώσεων του δικτύου, όταν αυτές διέρχονται από χώρους που δεν θερμαίνονται.
Στις περιπτώσεις αυτές η θερμομόνωση εμποδίζει τις απώλειες θερμότητας, με αποτέλεσμα την οικονομικότερη λειτουργία του συστήματος. Αλλά και το θέμα αυτό θα εξετασθεί παρακάτω σε ιδιαίτερη παράγραφο.
Απαραίτητα στοιχεία ενός δικτύου διανομής είναι οι ασφαλιστικές διατάξεις, (δοχείο διαστολής, βαλβίδα ασφάλειας κλπ.) οι οποίες προστατεύουν το δίκτυο από υπερπιέσεις που μπορεί να συμβούν κατά τη λειτουργία της εγκαταστάσεως.
Τέλος, για την εξοικονόμηση καυσίμων (και κατά συνέπεια τη μείωση της ρυπάνσεως), αλλά και για να πετύχομε ομοιόμορφη κατανομή της θερμοκροσίας στους χώρους που θερμαίνονται, είναι απαραίτητο να εγκαταστήσομε αυτοματισμούς για την πραγματοποίηση των σχετικών ρυθμίσεων. Όλες οι ρυθμίσεις αποσκοπούν στο να προσαρμόζεται η προσφερόμενη στο χώρο θερμότητα με τις θερμικές του απαιτήσεις.
Μια άλλη διάκριση γίνεται συνήθως ως προς το είδος της κυκλοφορίας του νερού μέσα στις σωληνώσεις. Έτσι διακρίνομε:
- Συστήματα φυσικής κυκλοφορίας και
- Συστήματα εξαναγκασμένης κυκλοφορίας.
Στα συστήματα φυσικής κυκλοφορίας, που είχαν αναπτυχθεί παλαιότερα και που σήμερα δεν χρησιμοποιούνται σχεδόν καθόλου, η κυκλοφορία του νερού οφείλεται μόνο στη διαφορά ειδικού βάρους μεταξύ θερμού και ψυχρού νερού Το θερμό νερό, που είναι ελαφρότερο, μπορεί να ανέβει προς τα πάνω, ενώ στη συνέχεια ψύχεται, βαραίνει και αρχίζει να κυκλοφορεί προς τα κάτω.
Στα συστήματα Εξαναγκασμένης κυκλοφορίας, τα οποία σχεδόν αποκλειστικά χρησιμοποιούνται σήμερα, για την κυκλοφορία του θερμού νερού στο δίκτυο χρησιμοποιείται ηλεκτροκίνητος κυκλοφορητής ή αντλία.
Στη συνέχεια του βιβλίου αυτού, χωρίς ιδιαίτερη αναφορά, θα εννοούμε πάντα ότι έχομε σύστημα εξαναγκασμένης κυκλοφορίας. Πάντως, σε επόμενη παράγραφο του κεφαλαίου αυτού, θα εξετάσομε και το σύστημα φυσικής κυκλοφορίας.
Ένα θέμα που συνδέεται άμεσα με το σύστημα διανομής είναι η θερμομόνωση των σωληνώσεων του δικτύου, όταν αυτές διέρχονται από χώρους που δεν θερμαίνονται.
Στις περιπτώσεις αυτές η θερμομόνωση εμποδίζει τις απώλειες θερμότητας, με αποτέλεσμα την οικονομικότερη λειτουργία του συστήματος. Αλλά και το θέμα αυτό θα εξετασθεί παρακάτω σε ιδιαίτερη παράγραφο.
Απαραίτητα στοιχεία ενός δικτύου διανομής είναι οι ασφαλιστικές διατάξεις, (δοχείο διαστολής, βαλβίδα ασφάλειας κλπ.) οι οποίες προστατεύουν το δίκτυο από υπερπιέσεις που μπορεί να συμβούν κατά τη λειτουργία της εγκαταστάσεως.
Τέλος, για την εξοικονόμηση καυσίμων (και κατά συνέπεια τη μείωση της ρυπάνσεως), αλλά και για να πετύχομε ομοιόμορφη κατανομή της θερμοκροσίας στους χώρους που θερμαίνονται, είναι απαραίτητο να εγκαταστήσομε αυτοματισμούς για την πραγματοποίηση των σχετικών ρυθμίσεων. Όλες οι ρυθμίσεις αποσκοπούν στο να προσαρμόζεται η προσφερόμενη στο χώρο θερμότητα με τις θερμικές του απαιτήσεις.