Dr inż. Andrzej Grzegorczyk

5. GRZEJNIKI W WODNYCH INSTALACJACH C.O.

Grzejnik jest końcowym elementem instalacji centralnego ogrzewania; jego za­daniem jest przekazywanie ciepła ze źródła do pomieszczenia, w którym się znajduje. W obecnie stosowanych systemach ogrzewania po­mieszczeń czynnikiem grzejnym jest najczęściej woda i z tego powodu przedstawione zostaną szerzej grzejniki wodne. W instalacjach parowych niskoprężnych podstawowym problemem jest tu intensywna korozja związana z obecnością pary wodnej i powietrza w grzejniku, dlatego nie stosuje się grzejników z blachy stalowej lecz grzejniki rurowe i grzejniki żeliwne. W instalacjach parowych wysokoprężnych, ze względu na ciśnienie, stosuje się grzejniki rurowe.

Zasadą pracy ogrzewania wodnego jest utrzymywanie odpowiedniej różni­cy temperatury pomiędzy średnią temperaturą grzejnika i temperaturą w pomieszczeniu. Czynnik grzewczy -woda - schładza się przepływając przez grzejnik, oddając ciepło do po­mieszczenia. Ilość czynnika (stru­mień) oraz jego temperatura zależy od chwilowego zapotrzebowania da­nego pomieszczenia na ciepło, tem­peratury jaką należy w nim utrzymy­wać oraz obliczeniowych parametrów czynnika.

Nowoczesne układy grzewcze po­winny szybko reagować na zmianę temperatury w pomieszczeniu (np. na skutek chwilowych zysków ciepła od nasłonecznienia), bowiem w ten sposób można zmniejszyć zużycie ciepła i koszty ogrzewania. Du­ży wpływ na szybkość reakcji układu ma pojem­ność wodna grzejników. Im więcej wo­dy zawiera grzejnik, tym wolniejsza będzie reakcja układu ogrzewania. Istotne jest także zastosowanie grzejnikowych za­worów termostatycznych.

Wymiana ciepła między grzejnikiem a pomieszczeniem odbywa się zarów­no przez konwekcję swobodną, jak i promieniowanie. Różnorodność kon­strukcji grzejników pozwala na kształtowanie rozkładu wymiany ciepła po­między te dwa sposoby przekazywa­nia ciepła. Organizm człowieka źle re­aguje na duże różnice temperatury pomiędzy powierzchnią ciała człowieka a otoczeniem. W pomieszczeniach z zimnymi prze­grodami (np. słabo izolowana ściana zewnętrzna, duże powierzchnie okien o małej izolacyjności) podwyższenie temperatury powietrza w pomieszczeniu (temperatura w czasie odbioru wg PN-82/B-02402) oraz zwiększony udział promieniowania po­zwalają zrekompensować dyskomfort cieplny - ale np. podniesienie temperatury grzejnika konwekcyjnego spowoduje wzrost lokalnego dyskomfortu cieplnego osób przebywających blisko grzejnika, dlatego też np, w Niemczech zaleca się parametry obliczeniowe instalacji c.o. 80/60°C czy 75/60°C, co oznacza że grzejnik będzie większy niż w przypadku parametrów 90/70°C. Pamiętać jednak należy też, że jednostkowe straty ciepła pomieszczeń mieszkalnych są w Niemczech niższe niż w Polsce.

Ze względu na relatywnie małą izolacyjność przegród budowlanych i wynikające stąd duże zapotrzebowanie pomie­szczeń na ciepło, w Polsce naj­częściej stosowane było ogrzewa­nie o parametrach obliczeniowych 90/70°C lub 95/70°C. Wysoka tempe­ratura powierzchni grzejnika jest nie­korzystna. Powoduje spiekanie kurzu i wydzielanie niewielkich ilości amo­niaku podrażniającego błony śluzo­we. Ponadto intensyfikuje wymianę ciepła przez promieniowanie oraz zmniejsza obecność w pomieszczeniu jonów ujemnych, które mają korzystny wpływ na organizm człowieka.

Zaostrzenie wymagań dotyczących izolacyjności przegród budowlanych wpłynęło na zmniejszenie temperatu­ry obliczeniowej czynnika grzewcze­go. Obecnie popularne staje się w Polsce ogrzewanie o parametrach np. 75/65°C. W porównaniu jednak do układu z temperaturą 90/70° wyma­gają one zastosowania grzejników o powierzchni zwiększonej prawie o 50% (przy temperaturze w pomie­szczeniu +20°C).

Warunki techniczne

W Polsce obecnie obowiązuje kilka norm dotyczących grzejników. Pod­stawowe informacje dotyczące na­zewnictwa, wymagań i warunków technicznych można znaleźć w

- nieaktualnej PN-74/B-01405 Centralne ogrze­wanie. Grzejniki. Nazwy i określenia,

- PN-90/H-83131.01 Centralne ogrze­wanie. Grzejniki. Ogólne wymagania i badania

- PN-EN 442-1:1999 Radiatory i konwektory. Wymagania i warunki techniczne.

Wymagania dotyczące grzejników można znaleźć również w „Wytycz­nych projektowania instalacji central­nego ogrzewania” wydanych przez Centralny Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Techniki Instalacyjnej „lnstal".

Dobór grzejników polega na okre­śleniu powierzchni wymiany ciepła w odniesieniu do parametrów czynni­ka grzejnego i wymaganej tempe­ratury w pomieszczeniu. Podstawą doboru jest bilans cieplny wykonany dla poszczególnych pomieszczeń (PN-B-03406:1994 Ogrzewnictwo. Obliczanie zapotrzebowania na ciepło pomieszczeń o kubaturze do 600 m³).

Moc cieplna grzejnika

Q = A k ΔT

gdzie:

Q - moc cieplna grzejnika [W];

A - powierzchnia wymiany ciepła grzejnika [m²];

k - współczynnik przenikania cie­pła [W/m²K];

ΔT - różnica temperatury pomiędzy średnią temperaturą wody w grzejniku i temperaturą w po­mieszczeniu [°C]. Przyjmuje się średnią arytmetyczną różnicę temperatur [(t_z + t_P)/2 - t_i], co jest oczywiście uproszczeniem i przy większych różnicach temperatur należy obliczać średnią logarytmiczną różnicę temperatur.

Producenci grzejników mają obo­wiązek podać dane umożliwiające określenie współczynnika przenika­nia ciepła. Dla wygody projektantów zestawiają oni w tabele moce grzejni­ków dla określonej temperatury (czynnika grzejnego oraz temperatu­ry w pomieszczeniu). Ze względu na dowolność projektowania układów ogrzewania z różną temperaturą czynnika grzejnego tabele zawierają najczęściej jeden (90/70/20°C) lub kil­ka podstawowych zestawów wydajności grzejników. W razie potrzeby wydajności grzej­ników dla innych temperatury moż­na uzyskać stosując odpowiednie współczynniki korekcyjne.

Dobierając grzejniki należy pamiętać, że na ich wielkość ma wpływ m.in. miejsce usytuowania (pod oknem lub nie), osłonięcie (obudowa) czy sposób podłączenia (zasilanie góra, dół). Uwzględnić też należy schłodzenie czynnika grzewczego w przewodach pomiędzy źródłem ciepła a grzejnikiem.

Podane wyżej wzory dotyczy grzejników konwekcyjnych czyli oddających większość ciepła drogą konwekcji, zatem dla danego typu i wielkości grzejnika k = C ΔT^m , gdzie C jest stałą dla danego typu i wielkości grzejnika a m jest wykładnikiem dla konwekcji swobodnej (0,25 - 0,4); i w efekcie Q = A C ΔT^1+m.

Sposób podłączenia. Rozporzą­dzenie Rozporządzenie Ministra Gospodarki Przestrzennej i Budownictwa z dnia 14.12.1994 w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Tekst jednolity: Dz.U. 15 z 1999r, poz.140.) nakazuje in­westorom wyposażanie instalacji cen­tralnego ogrzewania w budynku przy­łączonym do sieci scentralizowanego zaopatrzenia w ciepło w liczniki do pomiaru ilości ciepła dostarczanego do instalacji odbiorczej budynku oraz urządzenia niezbędne do indywidual­nego rozliczania kosztów ogrzewania poszczególnych mieszkań lub innych lokali (podzielniki kosztów ogrzewania na każdym z grzejników lub zaprojek­towanie instalacji c.o. umożliwiającej rozprowadzenie poziome przewodów w mieszkaniu z rozdzielacza i zainsta­lowanie w obrębie mieszkania licznika ciepła).

Zastosowanie podzielników ko­sztów w nowo budowanych obiektach nie jest zalecane, natomiast poziome prowadzenie przewodów powoduje konieczność ich umieszczenia w podłodze, ścianie lub za pomocą układów zalistwowych a najkorzystniejsze jest podłączenie grzejnika od dołu. Więk­szość grzejników można podłączyć tradycyjne (zasilanie od góry) i od do­łu. Producenci grzejników często wy­posażają je w zintegrowany zawór ter­mostatyczny.

Uwaga! Należy unikać łączenia alu­miniowych grzejników z miedzianymi przewodami. W miejscu połączenia tworzy się ogniwo elektrochemiczne, które może doprowadzić do szybkiej korozji grzejnika.

Zastosowanie grzejników w obiek­tach specjalnych. W przypadku obiek­tów o specjalnych wymaganiach sani­tarnych (np. szpitale) grzejniki powinny być gładkie i łatwe do czyszczenia. Przeważnie nie ma możliwości dokład­nego ich wyczyszczenia. Zalecana kla­syfikacja grzejników pod względem hi­gienicznym, wg Państwowego Zakładu Higieny i Centralnego Ośrodka Badawczo-Rozwojowego Techniki Instalacyj­nej „Instal”, została umieszczona w „Informacji Instal" nr 12/1999.

W obiektach takich jak żłobki, przedszkola itp. należy zwrócić szcze­gólną uwagę na wykonanie grzejni­ków. Niedopuszczalne są ostre krawę­dzie, np. wg przepisów BAGUV - nie­mieckiej Federacji Wspólnoty Pracy Zakładów Ubezpieczeń Publicznych minimalny promień zaokrąglenia wy­stających naroży i krawędzi grzejnika nie powinien być mniejszy niż 2 mm.

Rodzaje grzejników

Grzejniki ze względu na budowę można podzielić na członowe, płyto­we, konwektorowe i rurowe.

Grzejniki członowe składają się z jednakowych elementów (członów) łączonych najczęściej za pomocą złą­czek gwintowanych umożliwiających uzyskanie wymaganej powierzchni grzejnej. Materiałem do ich produkcji może być żeliwo, stal i stopy alumi­nium. Korekta mocy (np. po ocieple­niu budynku) nie wymaga wymiany całego grzejnika i można ją wykonać przez zmianę liczby członów.

Grzejniki członowe żeliwne wytwa­rza się już przeszło 100 lat i często w starych budynkach można je je­szcze spotkać w bardzo dobrym sta­nie. Żeliwo ma dużą odporność na ko­rozję, z tego względu grzejniki mogą być używane zarówno w ogrzewaniu wodnym, jak i parowym. W Polsce produkowane były one w kilku pod­stawowych typach (np. S-130, TA, T, TIR). Wydajność tych grzejników, na­wet o podobnym wyglądzie, mogła się różnić o kilkanaście procent. Grzejniki żeliwne charakteryzują się stosunko­wo dużą pojemnością wodną i masą własną. Przekrój przez ogniwo żeliw­ne przedstawiono na fotografii 2. Złączka do połączenia ogniw ma pół gwintu lewego i pół prawego; uszczelnienie uzyskuje się za pomocą uszczelki.

Grzejniki członowe stalowe są mo­dyfikacją grzejników żeliwnych. Ich elementy (człony) składają się z dwóch wytłoczonych połówek łą­czonych przez zgrzewanie. Czynnik grzewczy przepływa przez utworzone w ten sposób kanały. Ogniwa stalowe mogą być ze sobą łączone przez zastosowanie złączek gwintowanych lub zgrzewane na stałe. Grzejniki te mają mniejszą odporność na ciśnienie niż żeliwne.

Grzejniki członowe aluminiowe są odlewane ciśnieniowe ze stopów alu­minium. Sposób odlewania oraz użyty materiał pozwalają na uzyskanie roz­winiętej powierzchni grzejnika oraz niedużej pojemności wodnej.

Grzejniki z profili stalowych zalicza się do członowych wyłącznie ze wzglę­du na ich budowę. Wykonywane są z łączonych ze sobą przez zgrzewanie zamkniętych profili stalowych. Można wyróżnić dwa typy: o profilach ułożo­nych podłużnie lub pionowo. Grzejniki tego typu mają najczęściej dużą war­tość użytkową i dekoracyjną. Można je wykorzystać np. jako wieszaki, obudo­wę lustra. Ze względu na konstrukcję dopuszczalne ciśnienie najczęściej wynosi 4 bary.

Grzejniki płytowe składają się z dwóch płyt stalowych, którym kształty nadano przez wytłaczanie. Ich złożenie i zgrzewanie powoduje powstanie kanałów, przez które prze­pływa woda. Po przyłączeniu króćców grzejniki poddaje się próbie ciśnieniowej. Dzięki zastosowaniu nowocze­snych technologii lakierniczych grzej­niki płytowe mają gładką, odporną na zabrudzenia powierzchnię o szerokiej gamie kolorów.

Grzejniki płytowe przekazują ciepło zarówno na drodze konwekcji, jak i promieniowania. Aby zwiększyć ich wydajność, często dodawane są ele­menty konwekcyjne (ożebrowanie) powiększające powierzchnię wymiany ciepła, ale utrudniające ich czyszcze­nie. Przekrój przez grzejnik stalowy płytowy z ożebrowaniem przedsta­wiono na fotografii 4. Grzejniki mające osłony boczne i górną często nazywa­ne są panelowymi.

Grzejniki płytowe mogą być zesta­wiane fabrycznie w dwie lub trzy pły­ty. Najczęstszą metodą ich oznacza­nia jest stosowanie dwucyfrowego ko­du. Pierwsza cyfra oznacza liczbę płyt, druga cyfra sposób ożebrowania (np. typ 21 oznacza grzejnik złożony z dwóch płyt, ale tylko jedna z nich ma ożebrowanie). Grzejniki płytowe cha­rakteryzują się stosunkowo małą po­jemnością wodną. Są obecnie najczę­ściej produkowanymi grzejnikami (szacuje się, że na rynku zachodnio­europejskim stanowią ponad 90% wszystkich sprzedawanych grzejni­ków).

Grzejniki konwektorowe są to grzejniki, w których obudowa służy do zintensyfikowania naturalnego przepływu ogrzewanego powietrza. Grzejniki konwektorowe zbudowane są najczęściej na bazie gęsto ożebrowanej rurki, przez którą płynie czyn­nik grzejny. Obudowa, oprócz wzmo­żenia konwekcji, poprawia estetykę grzejnika i chroni przed oparzeniem w przypadku wysokiej temperatury elementów grzejnych. Konwektory z rur stalowych ożebrowanych w obu­dowie stosowane były najczęściej w obiektach przemysłowych. Nie­które typy konwektorów mogły praco­wać bezpośrednio przy wysokich pa­rametrach sieci cieplnej. Często zmiana wydajności konwektora odby­wa się za pomocą przepustnic powie­trza montowanych w obudowie. Obe­cnie najczęściej spotyka się tego typu grzejniki zbudowane z rurki miedzia­nej, na której osadzono żebra z mie­dzi lub aluminium.

Konwektory mają najmniejszą spo­śród wszystkich typów grzejników po­jemność wodną, a więc najmniejszą bezwładność cieplną. Ze względu na możliwość uzyskania małych gabary­tów poprzecznych często umieszcza się je w formie listw przypodłogowych lub zabudowuje w kanałach w podłodze (konwektory listwowe).

Grzejniki rurowe. Do niedawna ten typ grzejników był stosowany wy­łącznie w obiektach przemysłowych i sklepach. Stalowe lub żeliwne rury (najczęściej gęsto ożebrowane tzw. faviery) o dużej średnicy nie stanowi­ły elementu dekoracyjnego. Ich zale­tą była duża odporność na uszko­dzenia mechaniczne, duża powierzchnia ogrzewalna dziękiożebrowaniu oraz niewielki koszt. Obecnie najczęstszym sposo­bem wykorzystania elementów ruro­wych bez ożebrowania są grzejniki łazienkowe. Często wykorzystuje się je również jako suszarki do ręczni­ków. Zbudowane są najczęściej z rur stalowych łączo­nych przez spawanie. Ze względu na materiał i łatwość gięcia możliwe jest uzyskanie praktycznie dowolnych kształtów. Stosowanie nowocze­snych powłok lakierniczych pozwala na uzyskanie gładkiej powierzchni w szerokiej gamie kolorów. W grzej­nikach łazienkowych może być do­datkowo montowana grzałka elek­tryczna umożliwiająca użytkowanie grzejnika jako suszarki poza sezo­nem grzewczym.

Grzejniki promieniujące oddają większość ciepła przez promieniowanie. Odróżniamy tu promienniki wysokotemperaturowe (elektryczne, gazowe,. olejowe) , podwieszone płyty promieniujące (o temperaturach od kilkudziesięciu do stu kilkudziesięciu stopni) oraz niskotemperaturowe ogrzewania podłogowe, ścienne i sufitowe (wodne, elektryczne). Przy doborze tych grzejników kierujemy się danymi producenta. Ogrzewania podłogowe w RFN muszą przejść badania cieplne, analogiczne do badań grzejników konwekcyjnych, celem określenia t.zw. charakterystyki bazowej.

Strona 1

---