1
dr in
ż
. Paweł K
ę
dzierski
dr in
ż
. Michał Strzeszewski
Zakład Klimatyzacji i Ogrzewnictwa Politechniki Warszawskiej
Narodowa Agencja Poszanowania Energii S.A.
Instalacje ogrzewania
(cz. 2)
5 Systemy ogrzewania
5.1
Centralne ogrzewanie wodne
W Polsce ponad 95% wszystkich ogrzewa
ń
centralnych stanowi centralne ogrzewanie wodne,
w którym jedno
ź
ródło ciepła, umieszczone zazwyczaj w piwnicy, obsługuje wszystkie ogrzewane
pomieszczenia w budynku, za
ś
no
ś
nikiem ciepła jest gor
ą
ca woda. Ogrzewanie to ma nast
ę
puj
ą
ce
zalety: prosta obsługa, dost
ę
pno
ść
elementów instalacji, mo
ż
liwo
ść
samodzielnego jej wykonania;
du
ż
e bezpiecze
ń
stwo eksploatacji; łatwo
ść
centralnej regulacji temperatury wody wypływaj
ą
cej ze
ź
ródła ciepła, oraz regulacji miejscowej, np. zaworami termostatycznymi; długa
ż
ywotno
ść
instalacji
przy jej prawidłowej eksploatacji; jak równie
ż
nieliczne wady, np. niebezpiecze
ń
stwo zamarzni
ę
cia i
uszkodzenia elementów instalacji.
Rozró
ż
nia si
ę
dwa podstawowe rodzaje centralnych ogrzewa
ń
wodnych: ogrzewania grawita-
cyjne i pompowe.
W ogrzewaniu grawitacyjnym obieg wody spowodowany jest wył
ą
cznie ró
ż
nic
ą
g
ę
sto
ś
ci wody
ogrzanej (zasilaj
ą
cej) i schłodzonej w grzejnikach (powrotnej). Ró
ż
nica g
ę
sto
ś
ci wywołuje ró
ż
nic
ę
ci
ś
nie
ń
, zwan
ą
ci
ś
nieniem czynnym, które słu
ż
y do pokonania oporów hydraulicznych instalacji. Przy-
rost obj
ę
to
ś
ci zwi
ą
zany z ogrzewaniem wody, przejmowany jest przez otwarte naczynie wzbiorcze.
Ogrzewania grawitacyjne maj
ą
nast
ę
puj
ą
ce istotne wady: du
ż
e przekroje przewodów (wi
ę
ksza bez-
władno
ść
i koszt inwestycyjny), ograniczona mo
ż
liwo
ść
prowadzenia przewodów i zasi
ę
g ogrzewania,
wymaganie minimalnych oporów hydraulicznych dla armatury i
ź
ródła ciepła.
Obecnie ogrzewania grawitacyjne s
ą
rzadko stosowane, jedynie w niedu
ż
ych budynkach lub
w miejscach, gdzie nie wyst
ę
puje sie
ć
elektryczna. Od momentu pojawienia si
ę
tanich, gazowych
kotłów dwufunkcyjnych (ogrzewanie i ciepła woda), stosowane jest natomiast tzw. ogrzewanie miesz-
kaniowe (kiedy
ś
eta
ż
owe), w którym w ka
ż
dym mieszkaniu znajduje si
ę
oddzielne
ź
ródło ciepła. Sys-
tem ogrzewania tego typu obecnie najcz
ęś
ciej wyposa
ż
a si
ę
jednak w pomp
ę
obiegow
ą
.
Rys 4. Schemat instalacji ogrzewania grawitacyjnego z rozdziałem dolnym.
W ogrzewaniu pompowym obieg wody wymusza pompa, która wytwarza ró
ż
nic
ę
ci
ś
nienia po-
trzebn
ą
do pokonania oporów hydraulicznych instalacji. Obecnie wodne ogrzewania pompowe s
ą
2
najbardziej rozpowszechnionym systemem ogrzewania zarówno w budownictwie mieszkaniowym,
przemysłowym, jak i u
ż
yteczno
ś
ci publicznej. Ogrzewanie pompowe ma w stosunku do ogrzewania
grawitacyjnego nast
ę
puj
ą
ce zalety:
du
ż
o wi
ę
kszy zakres zastosowania, uniezale
ż
niony od wysoko
ś
ci i długo
ś
ci ogrzewa-
nego obiektu, mo
ż
liwo
ść
podziału zładu na strefy,
mo
ż
liwo
ść
stosowania mniejszych
ś
rednic przewodów (mniejsze transportowe straty
ciepła) i wi
ę
ksza swoboda w prowadzeniu przewodów (załamania, zasyfonowania w
pionie),
wysoka sprawno
ść
ź
ródła ciepła i armatury (wi
ę
ksze opory),
du
ż
o mniejsza bezwładno
ść
instalacji, skuteczniejsza regulacja centralna i miejscowa,
mo
ż
liwo
ść
umieszczania grzejników poni
ż
ej
ź
ródła ciepła.
Natomiast wadami tego systemu jest mniejsza niezawodno
ść
(awaria pompy, okresowy zanik
napi
ę
cia) i wi
ę
ksze koszty eksploatacyjne (energia elektryczna do zasilania pompy).
Podstawowe wymagania, jakie powinna spełnia
ć
nowoczesna i energooszcz
ę
dna instalacja
centralnego ogrzewania wodnego oraz wady systemowe tradycyjnego układu dwururowego pionowe-
go z rozdziałem dolnym zestawiono w tabeli 5:
Tablica 5. Wymagania stawiane nowoczesnym instalacjom ogrzewczym i wady instalacji tradycyjnej.
Wymagania stawiane nowoczesnym instalacjom
Wady systemowe tradycyjnego układu ogrzewczego
•
brak ubytków wody (hermetyczno
ść
instalacji),
•
efektywne wykorzystanie ciepła (odpowiedni
rozdział no
ś
nika ciepła, wła
ś
ciwy sposób pro-
wadzenia regulacji,
•
mo
ż
liwo
ść
rozliczania kosztów zu
ż
ytego ciepła
w stosunku do indywidualnych odbiorców,
•
podwy
ż
szona stateczno
ść
hydrauliczna instala-
cji,
•
obni
ż
ona temperatura no
ś
nika ciepła (podwy
ż
-
szony komfort cieplny, mniejsze straty transpor-
towe, mo
ż
liwo
ść
wykorzystania niekonwencjo-
nalnych, niskotemperaturowych
ź
ródeł ciepła),
•
dostosowanie systemu ogrzewczego do charak-
teru obiektu.
•
pionowe rozregulowanie hydrauliczne i cieplne
spowodowane centraln
ą
regulacj
ą
jako
ś
ciow
ą
i
niewielk
ą
stateczno
ś
ci
ą
hydrauliczn
ą
instalacji,
•
nadmierne zyski ciepła od przewodów i ochło-
dzenie wody zasilaj
ą
cej grzejniki, spowodowane
zaleceniem podwy
ż
szania minimalnych
ś
rednic
przewodów,
•
kr
ąż
enie wody przez sie
ć
odpowietrzaj
ą
c
ą
pracu-
j
ą
c
ą
przy nadci
ś
nieniu (mała skuteczno
ść
za-
mkni
ęć
syfonowych),
•
ubytki wody instalacyjnej powoduj
ą
ce koniecz-
no
ść
uzupełniania instalacji wod
ą
nieuzdatnion
ą
,
co skraca okres eksploatacji instalacji.
Najcz
ęś
ciej wyst
ę
puj
ą
ce w Polsce systemy ogrzewa
ń
wodnych pompowych to: ogrzewanie
dwururowe z rozdziałem dolnym (pionowe i poziome), jednorurowe poziome oraz dwururowe mikro-
przewodowe z rozdzielaczami mieszkaniowymi.
Schemat typowej instalacji centralnego ogrzewania z zaznaczeniem jej wad pokazano na
rys. 5.
3
Ź
ródło ciepła
ubytki wody przy odpo-
wietrzaniu zbiornika
(zbiornik wadliwie
zabudowany)
krążenie wody przez
sieć odpowietrzającą
między pionami
zróżnicowane schłodzenie wody
zasilającej (rozregulowanie cieplne
instalacji)
zapowietrzanie się
grzejników na najwyższych
kondygnacjach
znaczące i nieefektywne zyski
ciepła od przewodów prowa-
dzonych po wierzchu ścian
ubytki wody przez
dławnice zaworów
napowietrzanie wody w
naczyniu wzbiorczym
duże ubytki przez
odparowanie wody
intensywne krążenie
wody tzw. "martwy
obieg"
ubytki wody przez dławnice
pomp obiegowych
pionowe rozregulowanie
hydrauliczne
Rys 5. Schemat typowej instalacji centralnego ogrzewania systemu tradycyjnego.
Racjonalna i uzasadniona ekonomicznie jest modernizacja instalacji tradycyjnych. Schemat
unowocze
ś
nionej instalacji c.o. przedstawiono na rys. 6. Dostosowanie istniej
ą
cej instalacji do nowych
warunków wynikaj
ą
cych z docieplenia budynku jest konieczne, gdy
ż
jak wykazuj
ą
pomiary i analizy
bez odpowiedniego „przeregulowania” instalacji sezonowe zu
ż
ycie ciepła nie maleje, a wr
ę
cz wzrasta.
4
zawory bezdławicowe dwustawne z
głowicami termostatycznymi
hermetyczne (bezdławicowe)
pompy obiegowe (pożądana
regulacja obrotów pompy)
samoczynne zawory
odpowietrzające
przeponowe naczynie
wzbiorcze
ź
ródło ciepła o właściwej
charakterystyce
regula-
cyjnej (hydraulicznej i
cieplnej)
zmniejszone średnice pionów
i gałązek, stosować
φ
10 mm
Rys 6. Schemat unowocze
ś
nionej instalacji centralnego ogrzewania systemu tradycyjnego.
Na krótkie omówienie zasługuj
ą
w dalszej kolejno
ś
ci instalacje z poziomym rozprowadzeniem
no
ś
nika ciepła w ramach mieszkania. Ogrzewania te, tzw. mieszkaniowe, charakteryzuje jeden punkt
dopływu i odpływu no
ś
nika dla odbiorcy, za
ś
rozprowadzenie czynnika ze
ź
ródła do w
ę
złów mieszka-
niowych, usytuowanych zwykle na klatce schodowej. S
ą
one wykonywane w układzie dwururowym.
System ten ma cechy nowoczesnej instalacji, umo
ż
liwia cz
ęś
ciowe wykorzystanie elementów istniej
ą
-
cej instalacji i jest korzystniejszy ni
ż
system tradycyjny ze wzgl
ę
du na:
du
żą
stateczno
ść
hydrauliczn
ą
(zwi
ę
kszone opory instalacji mieszkaniowych),
mo
ż
liwo
ść
indywidualnego rozliczania odbiorców na podstawie wskaza
ń
ciepłomierza,
zmniejszenie liczby pionów kosztem zwi
ę
kszenia ich obci
ąż
enia (mniejsze ochłodzenie
wody zasilaj
ą
cej),
mo
ż
liwo
ść
odcinania instalacji domowych bez konieczno
ś
ci wył
ą
czania z ruchu całej in-
stalacji,
wi
ę
ksz
ą
estetyk
ę
wn
ę
trz (likwidacja pionów, mo
ż
liwo
ść
ukrycia przewodów).
5
zawory dwudrogowe zrównowa
ż
one hydraulicznie
zawory odcinaj
ą
ce z nastaw
ą
wst
ę
pn
ą
licznik
ciepła
Rys 7. Schemat instalacji ogrzewania poziomego jednorurowego.
licznik
ciepła
zawory termostatyczne
zawory odcinaj
ą
ce z nastawa wst
ę
pn
ą
Rys 8. Schemat instalacji poziomego ogrzewania dwururowego.
W budynkach nowowznoszonych coraz cz
ęś
ciej projektowane s
ą
ogrzewania dwururowe
mieszkaniowe wieloobwodowe (mikroprzewodowe) (rys. 9). W w
ę
złach mieszkaniowych montowane
s
ą
rozdzielacze (zasilaj
ą
cy i powrotny). Z rozdzielaczy tych przewody o małych
ś
rednicach (poni
ż
ej 10
mm) zabetonowane w podłodze w tzw. peszlu ochronnym, doprowadzaj
ą
wod
ę
grzejn
ą
do ka
ż
dego
grzejnika. Prowadzenie przewodów w podłodze warunkuje projektowanie du
ż
ych strumieni wody o
niskiej temperaturze zasilania.
licznik
ciepła
przewody prowadzone w podłodze
Rys 9. Schemat instalacji ogrzewania wieloobwodowego.
5.2
Ogrzewanie parowe
W ogrzewaniu parowym no
ś
nikiem ciepła jest para wodna wytwarzana w kotle i doprowadza-
na przewodami do grzejników, w których skrapla si
ę
oddaj
ą
c ciepło i w postaci skroplin (kondensatu)
6
powraca do kotła. W zale
ż
no
ś
ci od ci
ś
nienia wytwarzanej pary wyró
ż
nia si
ę
ogrzewania niskopr
ęż
ne
(nadci
ś
nienie pary do 70 kPa, któremu odpowiada temperatura 115°C), wysokopr
ęż
ne (temperatura
140
÷
150°C) i podci
ś
nieniowe (podci
ś
nienie w stosunku do ci
ś
nienia atmosferycznego utrzymywane
przez pomp
ę
pró
ż
niow
ą
).
Para wodna znalazła zastosowanie w instalacjach ogrzewczych, poniewa
ż
jest dobrym i wy-
dajnym no
ś
nikiem ciepła. Jednak instalacje te wymagaj
ą
stosowania specjalnego osprz
ę
tu i rygory-
stycznych wymaga
ń
monta
ż
owych. Ogrzewanie parowe w domach mieszkalnych i budynkach biuro-
wych jest dzi
ś
rzadko stosowane, m.in. z uwagi na zbyt wysok
ą
temperatur
ę
grzejników i trudno
ś
ci
regulacyjne. Okresowo ogrzewanie to mo
ż
e by
ć
wykorzystywane, np. w halach targowych, wystawo-
wych, gdzie w przerwach eksploatacyjnych istniałoby niebezpiecze
ń
stwo zamarzni
ę
cia instalacji wod-
nych. Mo
ż
e by
ć
tak
ż
e stosowane w kuchniach, pralniach, fabrykach, gdzie para technologiczna jest
wytwarzana i wykorzystywana do innych potrzeb.
Tablica 6. Zalety i wady ogrzewania parowego w porównaniu z ogrzewaniem wodnym.
Zalety
Wady
•
du
ż
o mniejsza bezwładno
ść
cieplna,
•
brak niebezpiecze
ń
stwa zamarzni
ę
cia,
•
mniejsze koszty inwestycyjne (mniejsze
ś
redni-
ce przewodów i wielko
ś
ci grzejników),
•
brak mo
ż
liwo
ś
ci regulacji wydajno
ś
ci kotła,
•
wysoka i praktycznie stała temperatura grzejni-
ków,
•
brak akumulacji ciepła w grzejnikach,
•
szybka korozja przewodów (szczególnie kon-
densacyjnych) oraz grzejników.
Para wodna obecnie praktycznie nie jest stosowana w instalacjach grzewczych. Rozporz
ą
-
dzenie ministra infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. wr
ę
cz zabrania stosowania ogrzewania paro-
wego w pomieszczeniach przeznaczonych na pobyt ludzi. Natomiast instalacje parowe cz
ę
sto dostar-
czaj
ą
pary wodnej dla potrzeb procesów technologicznych.
5.3
Ogrzewanie powietrzne
No
ś
nikiem ciepła dostarczaj
ą
cym ciepło do pomieszczenia jest powietrze nagrzane, nawet do
temperatury 60
÷
80°C. W zale
ż
no
ś
ci od siły nap
ę
dowej powoduj
ą
cej obieg powietrza rozró
ż
nia si
ę
ogrzewania grawitacyjne i wentylatorowe, za
ś
w zale
ż
no
ś
ci od udziału powietrza zewn
ę
trznego
ogrzewania: powietrzem obiegowym, zewn
ę
trznym i mieszanym. Powietrze mo
ż
e by
ć
podgrzewane w
podgrzewaczach ogniowych (spalanie paliwa), przy wykorzystaniu energii elektrycznej lub pompy
ciepła oraz przy u
ż
yciu nagrzewnic wodnych czy parowych.
Ogrzewanie powietrzne grawitacyjne znano ju
ż
w staro
ż
ytno
ś
ci. Powietrze przepływaj
ą
c przez
piec ogrzewa si
ę
od jego powierzchni, zmniejsza swoj
ą
g
ę
sto
ść
i jest tłoczone do przewodów rozpro-
wadzaj
ą
cych przez chłodniejsze (ci
ęż
sze) powietrze dopływaj
ą
ce innymi kanałami z ogrzewanych
pomieszcze
ń
do dolnej cz
ęś
ci pieca poło
ż
onego mo
ż
liwie centralnie. Ten rodzaj ogrzewania stosowa-
ny był wcze
ś
niej w domach jednorodzinnych, podpiwniczonych halach, ko
ś
ciołach itp. i wymagał przy-
stosowania budynku ju
ż
w fazie projektu architektonicznego.
Obecnie stosuje si
ę
ogrzewanie z wymuszonym obiegiem powietrza, które w stosunku do
ogrzewania grawitacyjnego ma nast
ę
puj
ą
ce zalety: mniejsze wymiary i wi
ę
ksza dowolno
ść
prowadze-
nia przewodów, ni
ż
sza temperatura nawiewu, wi
ę
ksza moc
ź
ródła ciepła przy tej samej powierzchni
grzejnej, mniejsza bezwładno
ść
cieplna i wi
ę
ksza mo
ż
liwo
ść
regulacji temperatury oraz strumienia
obj
ę
to
ś
ci powietrza, mo
ż
liwo
ść
zastosowania urz
ą
dze
ń
do obróbki powietrza (filtry, chłodnice, nawil-
ż
acze).
Wad
ą
tego typu ogrzewa
ń
jest hałas powstaj
ą
cy w czasie pracy wentylatora i, w porównaniu
do tradycyjnych ogrzewa
ń
grzejnikowych, gorszy pionowy rozkład temperatury oraz mniej korzystny, z
punktu widzenia komfortu cieplnego, sposób przekazywania ciepła (wył
ą
cznie przez konwekcj
ę
).
5.4
Ogrzewanie przez promieniowanie
W ogrzewaniu tym grzejniki (najcz
ęś
ciej w
ęż
ownice zabetonowane w przegrodach budowla-
nych) przekazuj
ą
moc ciepln
ą
głównie na drodze promieniowania. Wymiana ciepła przez promienio-
wanie zachodzi zawsze pomi
ę
dzy ciałami o ró
ż
nej temperaturze; cieplejsza płaszczyzna emituje cie-
pło, a chłodniejsza pochłania je, co powoduje podwy
ż
szenie jej temperatury. W pomieszczeniu ogrze-
wanym przez promieniowanie temperatura powietrza jest ni
ż
sza, a
ś
rednia temperatura powierzchni
wy
ż
sza, dzi
ę
ki czemu osoba znajduj
ą
ca si
ę
w pomieszczeniu czuje si
ę
lepiej. W
ś
ród systemów
ogrzewa
ń
przez promieniowanie rozró
ż
nia si
ę
: ogrzewanie płaszczyznowe (podłogowe, sufitowe,
7
ś
cienne) i ogrzewanie ta
ś
mami (płytami) promieniuj
ą
cymi. Grzejnik sufitowy ma w
ęż
ownic
ę
uło
ż
on
ą
na samym spodzie stropu, a nad ni
ą
znajduj
ą
si
ę
warstwy izolacyjne, natomiast w grzejniku podłogo-
wym układ tych warstw jest odwrotny. Ze wzgl
ę
dów fizjologicznych temperatura powierzchni grzejnych
nie powinna przekracza
ć
:
•
w ogrzewaniu podłogowym 29°C (w łazienkach 33°C, a strefach brzegowych 35°C),
•
w ogrzewaniu sufitowym 30
÷
35°C (zale
ż
nie od wysoko
ś
ci pomieszczenia),
•
w ogrzewaniu
ś
ciennym 35
÷
45°C.
No
ś
nikiem ciepła w ogrzewaniu
ś
ciennym mo
ż
e by
ć
tylko woda (rozprowadzana przewodami
z tworzyw sztucznych), w ogrzewaniach podłogowych i sufitowych mo
ż
na wykorzystywa
ć
równie
ż
energi
ę
elektryczn
ą
.
Tablica 7. Zalety i wady ogrzewania płaszczyznowego w porównaniu z ogrzewaniem konwekcyjnym.
Zalety
Wady
•
lepsze warunki higieniczne i podwy
ż
szony kom-
fort cieplny: ni
ż
sza temperatura powietrza, rów-
nomierny rozkład temperatury w całym po-
mieszczeniu, mniejsze konwekcyjne ruchy po-
wietrza unosz
ą
ce kurz i brudz
ą
ce
ś
ciany,
•
brak grzejników, wi
ę
ksza estetyka wn
ę
trz, ła-
two
ść
utrzymania czysto
ś
ci,
•
obni
ż
enie sezonowego zu
ż
ycia ciepła dzi
ę
ki
ni
ż
szej temperaturze no
ś
nika ciepła,
•
mo
ż
liwo
ść
efektywnego zastosowania niekon-
wencjonalnych, ekologicznych
ź
ródeł ciepła jak
kondensacyjny kocioł gazowy czy pompa ciepła,
•
wła
ś
ciwo
ś
ci samoregulacji (samoczynna zmiana
mocy cieplnej grzejnika w wyniku zmiany tempe-
ratury wewn
ę
trznej w pomieszczeniu).
•
du
żą
bezwładno
ść
ciepln
ą
oraz podwy
ż
szone
wymagania w odniesieniu do regulacji eksplo-
atacyjnej,
•
konieczno
ść
bardzo precyzyjnego wymiaro-
wania (oblicze
ń
),
•
ograniczanie mocy cieplnej grzejnika (dywan,
meble),
•
brak mo
ż
liwo
ś
ci pó
ź
niejszych zmian wielko
ś
ci
grzejnika,
•
wy
ż
sze koszty inwestycyjne.
Jako ogrzewania niskotemperaturowe (dostarczaj
ą
ce tzw. „łagodne ciepło”) ogrzewania
płaszczyznowe na ogół wymagaj
ą
zwi
ę
kszenia stopnia termoizolacyjno
ś
ci przegród budowlanych
ponad obowi
ą
zuj
ą
ce normy ochrony cieplnej budynków.
Ogrzewanie ta
ś
mami promieniuj
ą
cymi stosuje si
ę
przewa
ż
nie w wysokich halach przemysło-
wych, ko
ś
ciołach, gdzie odległo
ść
płaszczyzny grzejnej od strefy przebywania ludzi wynosi kilka me-
trów. Dzi
ę
ki temu mo
ż
liwe jest znaczne zwi
ę
kszenie temperatury powierzchni grzejnej i zastosowanie
no
ś
nika o wysokich parametrach (wody o temperaturze powy
ż
ej 115°C, pary wysokopr
ęż
nej). Ta
ś
my
promieniuj
ą
ce składaj
ą
si
ę
z ekranu z blachy stalowej, do którego przymocowana jest w
ęż
ownica
(wodna lub elektryczna). Zadaniem ekranu jest zwi
ę
kszenie powierzchni wypromieniowuj
ą
cej moc
ciepln
ą
oraz przeciwdziałanie niepo
żą
danym w tym typie ogrzewania pr
ą
dom konwekcyjnym. Dost
ę
p-
ne s
ą
te
ż
promienniki podczerwieni panelowe (z otwart
ą
komor
ą
spalania) i rurowe (spalanie we-
wn
ą
trz przewodów) o bardzo wysokiej temperaturze powierzchni (powy
ż
ej 900°C).
Ogrzewanie hal przemysłowych ta
ś
mami promieniuj
ą
cymi lub promiennikami ma wiele zalet
w porównaniu z ogrzewaniem powietrznym: mniejsze koszty eksploatacyjne (zu
ż
ycie ciepła mniejsze
o 25%); lepszy komfort cieplny, bardziej równomierny rozkład temperatury; nie ma roznoszenia pyłów,
gazów i par; cicha praca instalacji; oszcz
ę
dno
ść
energii elektrycznej. Podstawowe wady takiego
ogrzewania to du
ż
e koszty inwestycyjne i znaczny ci
ęż
ar ta
ś
m.
5.5
Ogrzewanie miejscowe
W ogrzewaniu miejscowym, w odró
ż
nieniu od ogrzewania centralnego,
ź
ródło ciepła znajduje
si
ę
w ogrzewanym pomieszczeniu. Ogrzewania te stosowane s
ą
w krajach o łagodnym klimacie,
w budownictwie wiejskim, rekreacyjnym oraz w okresach przej
ś
ciowych. Zalicza si
ę
tu ró
ż
nego rodza-
ju piece i kominki zasilane ró
ż
nym paliwem o konstrukcji bardziej lub mniej nowoczesnej (z regulacj
ą
dopływu powietrza, specjalnym rusztem wbudowanym palnikiem, wykorzystuj
ą
ce ciepło spalin), dzi
ś
w wi
ę
kszo
ś
ci wytwarzane fabrycznie. W starym budownictwie adaptuje si
ę
niekiedy istniej
ą
ce piece
kaflowe, montuj
ą
c w palenisku grzejniki z elementów oporowych lub palniki gazowe. Ozdobne akumu-
lacyjne piece kaflowe stosowane s
ą
tak
ż
e ze wzgl
ę
dów architektonicznych.
Stosowane s
ą
równie
ż
grzejniki elektryczne akumulacyjne b
ą
d
ź
przeno
ś
ne: grzejniki o wymu-
szonym przepływie powietrza wyposa
ż
one w spirale oporowe i wentylatory, grzejniki o niewymuszo-
8
nym przepływie w kształcie listwy lub zwierciadła wkl
ę
słego wewn
ą
trz którego znajduj
ą
si
ę
spirale
oporowe oraz konwekcyjne grzejniki olejowe z grzałk
ą
elektryczn
ą
i regulatorem temperatury.
6 Ocena wybranych systemów ogrzewania
6.1
Pionowy rozkład temperatury
Na rysunku 10 przedstawiono charakterystyczne rozkłady temperatury w płaszczy
ź
nie piono-
wej, przechodz
ą
cej przez
ś
rodek pomieszczenia, dla ró
ż
nych rodzajów ogrzewania przy
ś
rednich
warto
ś
ciach temperatury zewn
ę
trznej.
Warto zwróci
ć
uwag
ę
na postulowany rozkład temperatury, nazwany profilem idealnym (od-
powiada podstawowej zasadzie prawidłowego ogrzewania: „nogi w cieple, głowa w chłodzie”).
Na poszczególnych rysunkach naniesiono rozkłady temperatury, wynikaj
ą
ce z zastosowania
okre
ś
lonego systemu ogrzewania. Jest to jedno z istotnych kryteriów oceny systemu ogrzewania.
Najbardziej zbli
ż
ony do profilu idealnego jest rozkład temperatury w pomieszczeniu
w przypadku ogrzewania podłogowego, najmniej korzystny układ wyst
ę
puje dla ogrzewania powietrz-
nego.
Ogrzewanie płaszczyznowe oznacza system ogrzewania, w którym ciepło do pomieszczenia
przekazywane jest przez otaczaj
ą
ce przegrody, a wi
ę
c: sufit, podłog
ę
lub
ś
cian
ę
. W zwi
ą
zku z tym
wyró
ż
nia si
ę
ogrzewania: sufitowe, podłogowe lub
ś
cienne.
Pionowe rozkłady
temperatury wewn
ę
trznej
dla tradycyjnych
systemów centralnego
ogrzewania
Pionowy rozkład
temperatury wewn
ę
trznej
dla ogrzewania
podłogowego
26°C
20°C
20°C
20°C
18
24
22
20
16
ogrzewanie
podłogowe
profil idealny
ogrzewanie
powietrzne
profil idealny
grzejniki sufitowe
profil idealny
j.w. lecz przy
ś
cianach
wewn
ę
trznych
grzejniki konwek-
cyjne usytuowane
przy
ś
cianach
zewn
ę
trznych
profil idealny
26°C
18
24
22
20
16
Rys 10. Pionowy rozkład temperatur w pomieszczeniach dla ró
ż
nych typów centralnego ogrzewania.
Z uwagi na podwy
ż
szon
ą
temperatur
ę
powierzchni w pomieszczeniu (temperatur
ę
promienio-
wania), obni
ż
ona mo
ż
e by
ć
odpowiednio temperatura powietrza, co jest podstawow
ą
zalet
ą
tych
9
ogrzewa
ń
zarówno ze wzgl
ę
dów komfortu cieplnego, jak i z uwagi na pewne obni
ż
enie sezonowego
zu
ż
ycia energii na ogrzewanie.
Ogrzewanie przez promieniowanie ma nast
ę
puj
ą
ce zalety:
nie wyst
ę
puj
ą
w pomieszczeniu grzejniki, a wi
ę
c korzy
ś
ci z tego tytułu s
ą
ewidentne; zwolnie-
nie powierzchni przeznaczonej na zabudow
ę
grzejników, zwi
ę
kszona estetyka wn
ę
trz itp.,
podwy
ż
szone warunki higieniczne, zarówno przez zmniejszenie ruchów konwekcyjnych
w pomieszczeniu, jak i czysto
ś
ci powierzchni ogrzewalnych,
podwy
ż
szenie komfortu cieplnego, niewyst
ę
powanie zjawiska „przypiekania kurzu”, mo
ż
liwo
ść
obni
ż
enia sezonowego zu
ż
ycia energii w porównaniu z ogrzewaniem grzejnikowym,
wła
ś
ciwo
ś
ci samoregulacji polegaj
ą
ce na samoczynnej zmianie mocy cieplnej przewodów
w wyniku zmiany temperatury wewn
ę
trznej w pomieszczeniu.
Do wad ogrzewania przez promieniowanie zaliczy
ć
mo
ż
na:
du
żą
bezwładno
ść
ciepln
ą
oraz podwy
ż
szone wymagania odpowiedniej regulacji eksploata-
cyjnej,
brak mo
ż
liwo
ś
ci ewentualnych pó
ź
niejszych zmian wielko
ś
ci grzejnika,
wy
ż
sze koszty inwestycyjne w porównaniu z innymi systemami ogrzewania.
Problem wy
ż
szych kosztów inwestycyjnych w porównaniu z innymi systemami ogrzewania jest
na pewno dyskusyjny. Wynika to mi
ę
dzy innymi z braku mo
ż
liwo
ś
ci jednoznacznego rozdzielenia przy
wykonywaniu grzejnika płaszczyznowego zakresu robót czysto budowlanych od prac czysto instala-
cyjnych.
W uzupełnieniu nale
ż
y podkre
ś
li
ć
fakt,
ż
e zastosowanie w budynku ogrzewania promieniuj
ą
-
cego na ogół wymaga zwi
ę
kszenia (ponad obowi
ą
zuj
ą
ce normy ochrony cieplnej budynków) stopnia
termoizolacyjno
ś
ci przegród budowlanych. Wymaganie to, aczkolwiek zmuszaj
ą
ce inwestora do
zwi
ę
kszenia nakładów inwestycyjno-budowlanych, nie mo
ż
na zaliczy
ć
do wad. Przykłady budownic-
twa w krajach rozwini
ę
tych o podobnym klimacie, rosn
ą
ce w Polsce koszty no
ś
ników energii oraz
post
ę
p w zakresie rozliczenia zu
ż
ycia energii, uzasadniaj
ą
celowo
ść
obni
ż
enia strat cieplnych budyn-
ku i stwarzaj
ą
mo
ż
liwo
ść
stosunkowo szybkiego zdyskontowania nakładów inwestycyjnych na rozwi
ą
-
zania energooszcz
ę
dne poprzez obni
ż
enie kosztów eksploatacyjnych.
Podstawowym wymaganiem dla ogrzewania podłogowego jest ograniczenie
ś
redniej tempera-
tury podłogi w strefie stałego przebywania ludzi do warto
ś
ci t
pmax
= 29
°
C. Przekroczenie tej temperatu-
ry nie jest wskazane, poniewa
ż
pogarszaj
ą
si
ę
warunki komfortu cieplnego. Przy zbyt wysokiej tempe-
raturze grzejnika mog
ą
wyst
ą
pi
ć
nawet dolegliwo
ś
ci nóg. W łazienkach dopuszcza si
ę
temperatur
ę
do
33
°
C, a w strefie brzegowej (zag
ę
szczenie przewodów grzejnych przy
ś
cianach zewn
ę
trznych) do 35
°
C. Wymagania te narzucaj
ą
ograniczenie strat ciepła pomieszczenia do wielko
ś
ci ok. 60
÷
80 W/m
2
, co
nie zawsze jest mo
ż
liwe do zrealizowania. Stosowane s
ą
wówczas ogrzewania kombinowane podło-
gowo-grzejnikowe. W tym przypadku zastosowane mog
ą
by
ć
grzejniki elektryczne, traktowane jako
szczytowe lub uzupełniaj
ą
ce
ź
ródło ciepła.
Ogrzewanie sufitowe, w stosunku do ogrzewa
ń
innych rodzajów, ogranicza ruchy konwekcyj-
ne w ogrzewanym pomieszczeniu oraz nie jest w zasadzie nara
ż
one na osłoni
ę
cie lub zabudow
ę
płaszczyzn grzejnych.
6.2
Efektywno
ść
energetyczna systemu ogrzewania
Miar
ą
efektywno
ś
ci energetycznej systemu ogrzewczego jest jego eksploatacyjna sprawno
ść
cieplna okre
ś
lona stosunkiem ilo
ś
ci energii jaka byłaby rozpraszana z pomieszcze
ń
do otoczenia
w okresie sezonu ogrzewczego (przy utrzymywaniu w pomieszczeniach wymaganej temperatury
w granicach komfortu cieplnego), do ilo
ś
ci ciepła dostarczonego w tym okresie do systemu.
W praktyce ogóln
ą
sprawno
ść
systemu ogrzewczego okre
ś
la si
ę
na podstawie sprawno
ś
ci
składowych, a wi
ę
c:
•
sprawno
ś
ci wytwarzania,
•
sprawno
ś
ci akumulacji,
•
sprawno
ś
ci przesyłu (transportu, dystrybucji),
•
sprawno
ś
ci emisji (wykorzystania),
•
sprawno
ś
ci regulacji dostawy ciepła.
Ś
wiadomo
ść
wyst
ę
powania strat energetycznych, wynikaj
ą
cych ze sposobu emisji ciepła
przez elementy grzejne, nie jest powszechna w
ś
ród osób zajmuj
ą
cych si
ę
projektowaniem i eksplo-
atacj
ą
systemów ogrzewczych.
10
Straty emisji ciepła przy ogrzewaniu pomieszczenia zwi
ą
zane s
ą
przede wszystkim z usytu-
owaniem grzejników przy
ś
cianach zewn
ę
trznych oraz wyst
ę
powaniem pionowego gradientu tempera-
tury w ogrzewanym pomieszczeniu.
Główne czynniki zmniejszaj
ą
ce sprawno
ść
emisji ciepła s
ą
nast
ę
puj
ą
ce:
usytuowanie grzejnika w s
ą
siedztwie kratki wentylacyjnej wywiewnej,
niska izolacyjno
ść
cieplna przegrody zewn
ę
trznej za grzejnikiem,
zasłoni
ę
cie grzejnika.
7 Dobór i eksploatacja instalacji ogrzewczych
7.1
Wybór systemu ogrzewczego w zale
ż
no
ś
ci od przeznaczenia obiektu
Cz
ę
sto obserwuje si
ę
przypadki wykonania instalacji ogrzewczych
ź
le b
ą
d
ź
przypadkowo do-
branych do funkcji i rodzaju budynku oraz dost
ę
pnych
ź
ródeł energii. Uwagi zamieszczone w tablicy
poni
ż
ej dotycz
ą
typowych instalacji nowo projektowanych. Instalacje ogrzewcze w budynkach specjal-
nych (np. w wie
ż
owcach, kompleksach szpitalnych, du
ż
ych osiedlach domów jednorodzinnych) po-
winny by
ć
dobierane przez projektantów na podstawie wyników szczegółowych analiz uwzgl
ę
dniaj
ą
-
cych wykorzystanie energii geotermalnej, pomp ciepła, odzyskiwania ciepła z powietrza wentylacyjne-
go itp. Etapem wst
ę
pnym opracowania projektu, a nast
ę
pnie wykonania systemu ogrzewania, powin-
no by
ć
zadbanie o wła
ś
ciw
ą
izolacj
ę
ciepln
ą
budynku i odpowiedni
ą
szczelno
ść
powietrzn
ą
.
Tablica 8. Wybór systemu ogrzewczego w zale
ż
no
ś
ci od przeznaczenia obiektu.
Rodzaj obiektu
System ogrzewczy
Budynki jednorodzinne
(obszar wiejski)
centralne ogrzewanie wodne grawitacyjne z kotłem w
ę
glowym, przewody
stalowe, grzejniki
ż
eliwne bez zaworów termostatycznych.
Budynki jednorodzinne
(obszar miejski)
centralne ogrzewanie wodne pompowe z kotłem gazowym, grzejniki stalo-
we jednopłytowe, instalacja hermetyczna, przewody tworzywowe, progra-
mowana, pełna regulacja automatyczna. Rozwi
ą
zanie alternatywne –
ogrzewanie podłogowe wodne z gazowym kotłem kondensacyjnym.
Budynki jednorodzinne
rekreacyjne
kominek, grawitacyjne ogrzewanie powietrzne, spr
ęż
arkowe pompy ciepła
systemu powietrze-powietrze, dodatkowo przeno
ś
ne promienniki elektrycz-
ne (nie nale
ż
y stosowa
ć
ogrzewa
ń
wodnych).
Budynki wielorodzinne
centralne ogrzewanie wodne dwururowe zasilane z miejskiej sieci ciepłow-
niczej lub z niskotemperaturowego kotła gazowego.
Biura
ogrzewanie wodne z mo
ż
liwo
ś
ci
ą
obni
ż
enia temperatury wewn
ę
trznej
(ogrzewanie dy
ż
urne) zasilane w miar
ę
potrzeby przez zespół kotłów gazo-
wych z płynn
ą
regulacj
ą
wydajno
ś
ci, dogrzewanie i kurtyny powietrzne w
holu wej
ś
ciowym.
Szkoły, przedszkola
ogrzewanie wodne niskotemperaturowe z grzejnikami stalowymi jednopły-
towymi lub układ kombinowany z ogrzewaniem podłogowym pokrywaj
ą
cym
2/3 zapotrzebowania na ciepło, zasilanie niskotemperaturowym kotłem ga-
zowym. W sali gimnastycznej ta
ś
my promieniuj
ą
ce, w szkołach wiejskich
akumulacyjne ogrzewanie elektryczne.
Hale sportowe, wystawowe,
targowe
ogrzewanie powietrzne w hali + grzejnikowe w pomieszczeniach pomocni-
czych, gazowa lub olejowa nagrzewnica powietrza, ogrzewanie dy
ż
urne.
Domy towarowe
ogrzewanie powietrzne + dy
ż
urne, kurtyny powietrzne przy wej
ś
ciach,
ogrzewania miejscowe, oddzielny układ ogrzewania dla pomieszcze
ń
po-
mocniczych.
Szpitale
centralne ogrzewanie wodne z grzejnikami jednopłytowymi, obustronnie
gładkimi zasilane przez zespół kotłów olejowych z awaryjnym agregatem
pr
ą
dotwórczym. Nie zaleca si
ę
ogrzewania powietrznego ani płaszczyzno-
wego.
Budynki przemysłowe
promienniki, ta
ś
my promieniuj
ą
ce, ogrzewanie powietrzne.
11
7.2
Regulacja instalacji ogrzewczych
Zapotrzebowanie na moc ciepln
ą
mo
ż
na okre
ś
li
ć
jako maksymalne straty ciepła pomieszcze
ń
.
Instalacje ogrzewcze projektuje si
ę
dla tzw. obliczeniowej temperatury zewn
ę
trznej czyli takiej, dla
której zapewnione jest utrzymanie odpowiedniej temperatury w pomieszczeniach w najzimniejszym
okresie roku. Regulacja instalacji ogrzewczych polega na dostosowaniu mocy cieplnej instalacji
ogrzewczej do zmieniaj
ą
cego si
ę
w funkcji temperatury powietrza zewn
ę
trznego, zapotrzebowania na
moc ciepln
ą
budynku. Regulacja podyktowana jest wi
ę
c konieczno
ś
ci
ą
utrzymania warunków komfortu
cieplnego w pomieszczeniach oraz wzgl
ę
dami ekonomicznymi.
Regulacja wst
ę
pna (odpowiednie nastawy wst
ę
pne zaworów grzejnikowych lub odcinaj
ą
cych
podpionowych czy strefowych) zapewnia zało
ż
ony w projekcie rozkład temperatury i strumieni no
ś
nika
ciepła, w warunkach obliczeniowych (wyst
ę
puj
ą
cych tylko kilka dni w roku), moce dobranych grzejni-
ków.
Regulacja eksploatacyjna zapewnia temperatur
ę
wewn
ę
trzn
ą
stosownie do upodoba
ń
u
ż
yt-
kowników mimo zmian temperatury zewn
ę
trznej (dobowych, rocznych). Polega ona zatem na dosto-
sowaniu mocy cieplnej całej instalacji oraz poszczególnych grzejników do chwilowego zapotrzebowa-
nia na ciepło pomieszcze
ń
.
Regulacja eksploatacyjna w zale
ż
no
ś
ci od jej zasi
ę
gu mo
ż
e by
ć
:
centralna – w
ź
ródle ciepła (w elektrociepłowni, kotłowni osiedlowej, w
ęź
le ciepłowni-
czym lub w kotle), za pomoc
ą
odpowiednich zaworów sterowanych tzw. regulatorem
pogodowym, realizuj
ą
cym zadan
ą
funkcj
ę
temperatury zasilania w zale
ż
no
ś
ci od tem-
peratury zewn
ę
trznej,
strefowa – obejmuj
ą
ca cz
ęść
instalacji b
ą
d
ź
systemu ciepłowniczego (pion, gał
ąź
insta-
lacji, cz
ęść
miejskiej sieci ciepłowniczej),
miejscowa – dotycz
ą
ca poszczególnych grzejników, lub lokalna – dotycz
ą
ca poszcze-
gólnych budynków w sieci osiedlowej.
Ze wzgl
ę
du na rodzaj korygowanej wielko
ś
ci regulacja eksploatacyjna mo
ż
e by
ć
:
jako
ś
ciowa (najcz
ęś
ciej stosowana) – polegaj
ą
ca na zmianie temperatury no
ś
nika cie-
pła przy jego stałym przepływie,
ilo
ś
ciowa – polegaj
ą
ca na zmianie przepływu no
ś
nika ciepła z zachowaniem jego stałej
temperatury,
mieszana – zwana te
ż
jako
ś
ciowo-ilo
ś
ciow
ą
, polegaj
ą
ca na zmianie zarówno tempera-
tury, jak i przepływu no
ś
nika ciepła.
W czasie eksploatacji instalacji ogrzewczych cz
ę
sto okazuje si
ę
,
ż
e pomimo zastosowania
nowoczesnych regulatorów, niemo
ż
liwe jest uzyskanie nominalnej mocy we wszystkich odbiornikach,
b
ą
d
ź
temperatura wewn
ę
trzna ci
ą
gle znacznie oscyluje wokół wielko
ś
ci zadanej. Wynika to z nie-
zgodnego z projektem wykonania instalacji (zamontowanie przewodów o innych ni
ż
zakładane
ś
redni-
cach, zmiana armatury, niewykonanie izolacji cieplnej, itp.), z bł
ę
dów popełnionych w czasie projekto-
wania (niewła
ś
ciwy rozdział no
ś
nika ciepła, bł
ę
dny algorytm oblicze
ń
, zaprojektowanie niewła
ś
ciwych
urz
ą
dze
ń
) lub z wad systemowych instalacji. Wła
ś
ciwe projektowanie regulacji wst
ę
pnej wewn
ę
trz-
nych instalacji ogrzewczych wymaga wspomagania komputerowego oraz znajomo
ś
ci zasad stosowa-
nia i doboru armatury regulacyjnej.