300px|mini|desno|Toplovodni sustav: 1: Vodovodna mreža, 2: Sabirni ili izlazni cjevovod iz dodatnog (pasivnog) izvora topline; na primjer od toplinske pumpe ili toplovodnog Sunčevog kolektora, 3: Ulazni cjevovod iz dodatnog (pasivnog) izvora topline, 4: Crpka (pumpa), 5: Glavni grijač vode (peć ili električni bojler), 6: Spremnik ili rezervoar tople vode, 7: Topla voda za kućanske aparate.
300px|desno|mini|Izgled postrojenja s kotlovima.
300px|mini|desno|Grijanje toplom vodom gravitacijom - dvocijevna izvedba - gornja razdioba: 1 kotao, 2 radijator, 3. dovodni vod tople vode, 4. povratni vod, 5. termometar, 6. hidrometar, 7, ekspanziona posuda, 8. ekspanziona vod, 9. odzračni vod, 10. preljev.
mini|desno|300px|Grijanje toplom vodom gravitacijom - dvocijevna izvedba - donja razdioba: 1. kotao. 2. radijator. 3. dovodni vod tople vode, 4. povratni vod, 5. termometar, 6. hidrometar, 7. ekspanziona posuda, 8. ekspanziona vod, 9. odzračni vod, 10. preljev, 11. odzračni vodovi uzlaznih ogranaka.
mini|desno|300px|Grijanje toplom vodom gravitacijom - jednocijevna izvedba: 1. kotao, 2. radijator, 3. dovodni vod tople vode, 4. povratni vod, 5. termometar, 6. hidrometar, 7. ekspanziona posuda, 8. ekspanziona vod, 9. odzračni vod, 10. preljev.
300px|mini|desno|Etažno toplovodno grijanje gravitacijom: 1. kotao, 2. dovodni vod, 3. radijator, 4. povratni vod, 5. regulacijski ventil, 6. ventil za punjenje i pražnjenje, 7. ekspanziona posuda, 8. vodokazno staklo, 9. ekspanzioni vod, 10. odzračni vod, 11. preljev, 12. termometar, 13. ventil za pražnjenje radijatora.
mini|desno|300px|Etažno toplovodno grijanje s gornjim povratnim vodom: 1. kotao, 2. dovodni vod, 3. radijator, 4. povratni vod, 5. regulacijski ventil, 6. ventil za punjenje i pražnjenje, 7. ekspanziona posuda, 8. vodokazno staklo, 9. ekspanzioni vod, 10. odzračni vod, 11. preljev, 12. termometar, 13. ventil za pražnjenje radijatora.
mini|desno|300px|Toplovodno grijanje s prisilnom cirkulacijom – dvocijevna izvedba s gornjom razdiobom i crpkom u dovodnom vodu : 1. kotlovi, 2. cirkulacijska crpka, 3. povratna zaklopka, 4. dovodni vod, 5. povratni vod, 6. radijator, 7. ekspanziona posuda, 8. sigurnosni ekspanzijski vodovi, 9. sigurnosni povratni vod, 10. odzračni vodovi, 11. odzračne posude, 12. preljev, N – neutralna zona (nul točka rasporeda tlaka).
mini|desno|300px|Toplovodno grijanje s prisilnom cirkulacijom – dvocijevna izvedba s donjom razdiobom i crpkom u povratnom vodu : 1. kotlovi, 2. cirkulacijska crpka, 3. povratna zaklopka, 4. dovodni vod, 5. povratni vod, 6. radijator, 7. ekspanziona posuda, 8. sigurnosni ekspanzijski vodovi, 9. sigurnosni povratni vod, 10. odzračni vodovi, 11. odzračne posude, 12. preljev, N – neutralna zona.
mini|desno|300px|Jednocijevno toplovodno grijanje s prisilnom cirkulacijom i trovodnim regulacijskim ventilima: 1. kotao, 2. crpka, 3. radijator, 4. trovodni regulacijski ventil, 5. ekspanziona posuda, 6. ekspanzioni vod, 7. sigurnosni povratni vod, 8. odzračivanje, 9. preljev.
mini|desno|300px|Jednocijevno toplovodno grijanje s prisilnom cirkulacijom s porednim spajanjem radijatora i sa zonskim ventilima: 1. kotao, 2. crpka, 3. radijator, 4. usisni fazonski komad za priključak povratne vode radijatora, 5. ekspanziona posuda, 6. ekspanzioni vod, 7. sigurnosni povratni vod, 8. odzračivanje, 9. preljev, 10. odzračni ventil, 11. zonski regulacijski ventil, 12. termostat.
Toplovodno grijanje ili grijanje toplom vodom je način grijanja s pomoću vruće vode koja kruži (cirkulira) toplovodnim sustavom. Takvo je na primjer centralno grijanje u kućama, ali i grijanje zgrada u sustavu toplana (daljinsko grijanje). U kotlu ugrijana voda provodi se kroz cjevovod razvodne mreže do grijala (radijatora), gdje se ohladi predajom topline konvekcijom (toplinsko strujanje) zraku, a toplinskim zračenjem okolnim zidovima i drugim površinama u prostoriji. Ohlađena se voda odvodi kroz sabirni cjevovod natrag u kotao, te ponovno započinje isti kružni tok.
Prema sili koja djeluje na optok vode razlikuje se toplovodno grijanje gravitacijom i prisilnom cirkulacijom s crpkama (pumpama). S obzirom na atmosferu postoji otvoreno i zatvoreno toplovodno grijanje, a prema izvedbi jednocijevni i dvocijevni sustavi s gornjom, odnosno donjom razvodnom mrežom.
Najviša temperatura vode u kotlu, pri maksimalnom toplinskom opterećenju uređaja, ne treba prelaziti 95 °C. Pri manjim opterećenjima temperatura vode u kotlu može se sniziti ovisno o vanjskoj temperaturi podešavanjem (ručno ili automatsko) jakosti (intenzivnosti) izgaranja u kotlu (centralna regulacija). Uređaji za grijanje toplom vodom, zbog niske površinske temperature grijala, najpodesniji su za grijanje stambenih, javnih i sličnih zgrada.
Prednosti grijanja toplom vodom jesu: jednostavno posluživanje i velika sigurnost u pogonu; mogućnost centralne regulacije mijenjanjem temperature vode i prilagođavanjem odavanja topline grijala prema stvarnoj potrebi; zagrijavanje je prostorija, zbog niske površinske temperature grijala, jednakomjerno i ugodno; djelovanje korozije je neznatno, pa je vijek trajanja uređaja dug.
Kao nedostaci mogu se smatrati: velika tromost zbog znatne mase vode u uređaju i stoga dugo vrijeme zagrijavanja; visoki troškovi ulaganja; opasnost zamrzavanja ako je uređaj zimi izvan pogona, ili ako su za vrijeme jake zime zatvoreni ventili grijala. "Tehnička enciklopedija" (Grijanje), glavni urednik Hrvoje Požar, Grafički zavod Hrvatske, 1987.
Toplovodno grijanje gravitacijom Kotao za proizvodnju topline nalazi se na najnižem mjestu za grijanje (obično u podrumu), te je cjevovodom spojen s grijalicama. Optok vode u uređaju održava se zbog razlike gustoće ugrijane i ohlađene vode. Povećanje obujma (volumena) vode u sustavu pri zagrijavanju kompenzira ekspanzijska posuda (ekspanziona posuda).
U otvorenim je uređajima ekspanzijska posuda u neposrednoj vezi s atmosferom, a smještena je na najvišem mjestu uređaja. Veza vodene mase uređaja preko ekspanzijske posude s atmosferom sprečava povišenje tlaka u cjevovodnoj mreži. Najviša temperatura ugrijane vode u dovodnom vodu redovno je 90 °C, a u povratnom vodu 70 °C.
U zatvorenim uređajima za grijanje toplom vodom ne postoji nikakva veza s atmosferom. Ekspanzijska posuda je zatvorena, a može se smjestiti na najvišem mjestu uređaja ili na najnižem u kotlovnici. Temperatura vode u dovodnom vodu može se povisiti do 110 °C s tlakom do 1,5 bara. Uređaji sa zatvorenim ekspanzijskim posudama moraju biti opremljeni posebnim sigurnosnim napravama.
Toplovodno grijanje gravitacijom izvodi se kao dvocijevni ili jednocijevni sustav, te kao etažno grijanje.
Dvocijevni sustavi Dvocijevni sustavi izvode se s gornjom i donjom razdiobom topline.
Dvocijevni sustavi s gornjom razdiobom U gornjoj razdiobi vodi se ugrijana voda od kotla najprije kroz glavni uzlazni vod do gornje dovodne razdjelne mreže na tavanu. Od ove mreže odvajaju se silazni vodovi koji dovode toplu vodu pojedinim radijatorima. Ohlađena voda iz radijatora vodi se kroz okomite ogranke u sabirni vod povratne vode, koji je obično smješten ispod stropa podruma. Na najvišem mjestu razdjelne mreže priključena je otvorena ekspanzijska posuda koja preuzima povećani obujam ugrijane vode i preko koje se odzračuje sustav. Prednost je gornje razdiobe bolja cirkulacija vode, a nedostatak ohlađivanje vode u dovodnoj mreži na tavanu.
Dvocijevni sustavi s donjom razdiobom
U donjoj razdiobi smješteni su dovodni razdjelni vodovi i povratni sabirni vodovi ispod stropa podruma s usponom od kotla do zadnjeg okomitog ogranka. U uzlaznim ograncima dovodi se topla voda radijatorima, a kroz silazne ogranke vraća se ohlađena voda kroz povratni sabirni vod do kotla. Za odzračivanje uzlaznih ogranaka potrebno je predvidjeti posebne vodove, koji spajaju završetke dovodnih ogranaka sa zračnim prostorom ekspanzijske posude. Radi sprečavanja cirkulacije vode u odzračnim vodovima izvode se cijevne petlje pri priključku na ekspanzijski vod. Ako nije moguće izvesti centralno odzračivanje, mogu se najviši radijatori odzračivati ručno ili automatski pomoću posebnih odzračnih ventila.
Za uređaje s donjom razdiobom troškovi su za cjevovodnu mrežu manji nego za uređaje gornje razdiobe, a također su i gubici topline manji. Nedostatak je tromija cirkulacija vode.
Jednocijevni sustav Jednocijevni sustav je posebna izvedba gornje razdiobe. U toj se izvedbi gornja dovodna razdjelna mreža neposredno spaja s okomitim ograncima na sabirni vod povratne vode u podrumu. Na isti silazni ogranak spojeni su dovodni i povratni priključci svih radijatora koji leže jedan ispod drugog. Topla voda protječe po redu kroz sve radijatore odozgo prema dolje, tako da najviši radijatori dobivaju najtopliju vodu, a najniži već ohlađenu vodu. Stoga moraju, za isti toplinski učin, donji radijatori imati veću ogrjevnu površinu nego gornji. Jednocijevni se gravitacijski sustavi i pored jednostavnije i jeftinije izvedbe rjeđe upotrebljavaju zbog već navedenih nedostataka.
Etažno grijanje Etažno grijanje toplom vodom posebna je izvedba dvocijevnog sustava s gornjom razdiobom za grijanje prostorija u jednom katu. Kotao, grijala (radijatori) i cjevovodna mreža nalaze se u istom katu. Budući da se kotao nalazi na skoro istoj razini s radijatorima, to će sila za održavanje optoka vode ovisiti samo o ohlađivanju vode u dovodnom vodu. Zbog toga se dovodni vodovi polažu slobodno i neizolirano ispod stropa prostorija. Povratni vodovi su položeni slobodno iznad poda, odnosno u podnoj konstrukciji. Nedostatak je toga sustava pri gravitacijskom optoku vode veoma troma cirkulacija vode i razmjerno velike dimenzije cjevovoda. Postoji i varijanta s gornjim povratnim vodom.
Toplovodno grijanje prisilnom cirkulacijom Za grijanje većih (razgranatih) objekata upotrebljavaju se crpke (sisaljke ili pumpe) za poboljšanje cirkulacije vode. Pa i za grijanje manjih objekata, radi isplatljivijeg i elastičnijeg pogona, uspješno se uvode sustavi s prisilnom cirkulacijom vode pomoću posebnih vijčanih pumpi, koje su neposredno ugrađene u cjevovod.
Prednosti toga sustava jesu: brzo zagrijavanje uređaja i dobra cirkulacija vode; povoljnija opća regulacija, mogućnost miješanja povratne s dovodnom vodom; manji promjeri cjevovoda, zbog toga smanjenje gubitaka vode; troškovi cjevovoda su manji; veća sloboda pri vođenju cjevovoda.
Nedostatak je ovisnost o dovodu električne struje i stalni potrošak struje za pogon pumpe.
Sustavi i način vođenja cjevovoda za toplovodno grijanje s prisilnom cirkulacijom u načelu su isti kao i za grijanje s gravitacijom. Zbog veće brzine strujanja vode treba posebno paziti na dobro odzračivanje uređaja.
Crpka se može ugraditi u dovodni ili povratni vod. Treba paziti na razdiobu tlaka u cijevnoj mreži. Priključak ekspanzijske posude, preko sigurnosnog povratnog voda na cijevnu mrežu, neutralna je točka gdje vlada samo statički tlak, koji odgovara visinskoj razlici između ekspanzijske posude i priključka crpke. Crpka proizvodi dodatni tlak radi svladavanja otpora strujanja u cijevima, radijatorima i kotlu. Taj se tlak u cijevnoj mreži, s obzirom na statički tlak, djelomično pojavljuje kao pretlak, a djelomično kao podtlak. U dijelu cjevovoda od tlačne strane crpke do priključka ekspanzijske posude vlada pretlak, a od priključka do upojne strane crpke podtlak.
Ekspanzijska posuda treba da bude smještena barem za visinu pogonskog tlaka crpke iznad priključka najvišeg radijatora, da se spriječi snižavanje razine vode ispod najvišeg priključka pri podtlaku u sustavu.
Što je veći tlak crpke, to su manje dimenzije cjevovoda, ali se povećavaju otpori strujanja, a time i troškovi za električnu energiju za pogon. Tlak crpke mora biti tako odabran da zbroj troškova ulaganja i pogona bude najmanji.