dr inŜ. Paweł Kędzierski
dr inŜ. 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 ogrzewań centralnych stanowi centralne ogrzewanie wodne,
w którym jedno źródło ciepła, umieszczone zazwyczaj w piwnicy, obsługuje wszystkie ogrzewane
pomieszczenia w budynku, zaś nośnikiem ciepła jest gorąca woda. Ogrzewanie to ma następujące
zalety: prosta obsługa, dostępność elementów instalacji, moŜliwość samodzielnego jej wykonania;
duŜe bezpieczeństwo eksploatacji; łatwość centralnej regulacji temperatury wody wypływającej ze
źródła ciepła, oraz regulacji miejscowej, np. zaworami termostatycznymi; długa Ŝywotność instalacji przy jej prawidłowej eksploatacji; jak równieŜ nieliczne wady, np. niebezpieczeństwo zamarznięcia i uszkodzenia elementów instalacji.
RozróŜnia się dwa podstawowe rodzaje centralnych ogrzewań wodnych: ogrzewania grawita-
cyjne i pompowe.
W ogrzewaniu grawitacyjnym obieg wody spowodowany jest wyłącznie róŜnicą gęstości wody
ogrzanej (zasilającej) i schłodzonej w grzejnikach (powrotnej). RóŜnica gęstości wywołuje róŜnicę ciśnień, zwaną ciśnieniem czynnym, które słuŜy do pokonania oporów hydraulicznych instalacji. Przy-rost objętości związany z ogrzewaniem wody, przejmowany jest przez otwarte naczynie wzbiorcze.
Ogrzewania grawitacyjne mają następujące istotne wady: duŜe przekroje przewodów (większa bez-
władność i koszt inwestycyjny), ograniczona moŜliwość prowadzenia przewodów i zasięg ogrzewania,
wymaganie minimalnych oporów hydraulicznych dla armatury i źródła ciepła.
Obecnie ogrzewania grawitacyjne są rzadko stosowane, jedynie w nieduŜych budynkach lub
w miejscach, gdzie nie występuje sieć elektryczna. Od momentu pojawienia się tanich, gazowych
kotłów dwufunkcyjnych (ogrzewanie i ciepła woda), stosowane jest natomiast tzw. ogrzewanie miesz-
kaniowe (kiedyś etaŜowe), w którym w kaŜdym mieszkaniu znajduje się oddzielne źródło ciepła. Sys-
tem ogrzewania tego typu obecnie najczęściej wyposaŜa się jednak w pompę obiegową.
Rys 4. Schemat instalacji ogrzewania grawitacyjnego z rozdziałem dolnym.
W ogrzewaniu pompowym obieg wody wymusza pompa, która wytwarza róŜnicę ciśnienia po-
trzebną do pokonania oporów hydraulicznych instalacji. Obecnie wodne ogrzewania pompowe są
1
najbardziej rozpowszechnionym systemem ogrzewania zarówno w budownictwie mieszkaniowym,
przemysłowym, jak i uŜyteczności publicznej. Ogrzewanie pompowe ma w stosunku do ogrzewania
grawitacyjnego następujące zalety:
duŜo większy zakres zastosowania, uniezaleŜniony od wysokości i długości ogrzewa-
nego obiektu, moŜliwość podziału zładu na strefy,
moŜliwość stosowania mniejszych średnic przewodów (mniejsze transportowe straty
ciepła) i większa swoboda w prowadzeniu przewodów (załamania, zasyfonowania w
pionie),
wysoka sprawność źródła ciepła i armatury (większe opory),
duŜo mniejsza bezwładność instalacji, skuteczniejsza regulacja centralna i miejscowa,
moŜliwość umieszczania grzejników poniŜej źródła ciepła.
Natomiast wadami tego systemu jest mniejsza niezawodność (awaria pompy, okresowy zanik
napięcia) i większe koszty eksploatacyjne (energia elektryczna do zasilania pompy).
Podstawowe wymagania, jakie powinna spełniać nowoczesna i energooszczędna 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 (hermetyczność instalacji),
• pionowe rozregulowanie hydrauliczne i cieplne
• efektywne wykorzystanie ciepła (odpowiedni
spowodowane centralną regulacją jakościową i
rozdział no
niewielk
śnika ciepła, właściwy sposób pro-
ą statecznością hydrauliczną instalacji,
wadzenia regulacji,
• nadmierne zyski ciepła od przewodów i ochło-
• mo
dzenie wody zasilaj
Ŝliwość rozliczania kosztów zuŜytego ciepła
ącej grzejniki, spowodowane
w stosunku do indywidualnych odbiorców,
zaleceniem podwyŜszania minimalnych średnic
•
przewodów,
podwyŜszona stateczność hydrauliczna instala-
•
cji,
krąŜenie wody przez sieć odpowietrzającą pracu-
•
jącą przy nadciśnieniu (mała skuteczność za-
obniŜona temperatura nośnika ciepła (podwyŜ-
mknięć syfonowych),
szony komfort cieplny, mniejsze straty transpor-
•
towe, moŜliwość wykorzystania niekonwencjo-
ubytki wody instalacyjnej powodujące koniecz-
nalnych, niskotemperaturowych
no
źródeł ciepła),
ść uzupełniania instalacji wodą nieuzdatnioną,
•
co skraca okres eksploatacji instalacji.
dostosowanie systemu ogrzewczego do charak-
teru obiektu.
Najczęściej występujące w Polsce systemy ogrzewań 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.
2
ubytki wody przy odpo-
wietrzaniu zbiornika
krąŜenie wody przez
(zbiornik wadliwie
sieć odpowietrzającą
napowietrzanie wody w
zabudowany)
między pionami
naczyniu wzbiorczym
zróŜnicowane schłodzenie wody
duŜe ubytki przez
zasilającej (rozregulowanie cieplne
odparowanie wody
instalacji)
zapowietrzanie się
grzejników na najwyŜszych
kondygnacjach
intensywne krąŜenie
wody tzw. "martwy
pionowe rozregulowanie
obieg"
hydrauliczne
znaczące i nieefektywne zyski
ciepła od przewodów prowa-
dzonych po wierzchu ścian
ubytki wody przez
dławnice zaworów
ubytki wody przez dławnice
Źródło ciepła
pomp obiegowych
Rys 5. Schemat typowej instalacji centralnego ogrzewania systemu tradycyjnego.
Racjonalna i uzasadniona ekonomicznie jest modernizacja instalacji tradycyjnych. Schemat
unowocześnionej instalacji c.o. przedstawiono na rys. 6. Dostosowanie istniejącej instalacji do nowych
warunków wynikających z docieplenia budynku jest konieczne, gdyŜ jak wykazują pomiary i analizy bez odpowiedniego „przeregulowania” instalacji sezonowe zuŜycie ciepła nie maleje, a wręcz wzrasta.
3
samoczynne zawory
odpowietrzające
zmniejszone średnice pionów
i gałązek, stosować φ10 mm
zawory bezdławicowe dwustawne z
głowicami termostatycznymi
hermetyczne (bezdławicowe)
pompy obiegowe (poŜądana
regulacja obrotów pompy)
źródło ciepła o właściwej
przeponowe naczynie
charakterystyce regula-
wzbiorcze
cyjnej (hydraulicznej i
cieplnej)
Rys 6. Schemat unowocześnionej instalacji centralnego ogrzewania systemu tradycyjnego.
Na krótkie omówienie zasługują w dalszej kolejności instalacje z poziomym rozprowadzeniem
nośnika ciepła w ramach mieszkania. Ogrzewania te, tzw. mieszkaniowe, charakteryzuje jeden punkt
dopływu i odpływu nośnika dla odbiorcy, zaś rozprowadzenie czynnika ze źródła do węzłów mieszka-
niowych, usytuowanych zwykle na klatce schodowej. Są one wykonywane w układzie dwururowym.
System ten ma cechy nowoczesnej instalacji, umoŜliwia częściowe wykorzystanie elementów istnieją-
cej instalacji i jest korzystniejszy niŜ system tradycyjny ze względu na:
duŜą stateczność hydrauliczną (zwiększone opory instalacji mieszkaniowych),
moŜliwość indywidualnego rozliczania odbiorców na podstawie wskazań ciepłomierza,
zmniejszenie liczby pionów kosztem zwiększenia ich obciąŜenia (mniejsze ochłodzenie
wody zasilającej),
moŜliwość odcinania instalacji domowych bez konieczności wyłączania z ruchu całej in-
stalacji,
większą estetykę wnętrz (likwidacja pionów, moŜliwość ukrycia przewodów).
4
zawory dwudrogowe zrównowaŜone hydraulicznie
licznik
ciepła
zawory odcinające z nastawą wstępną
Rys 7. Schemat instalacji ogrzewania poziomego jednorurowego.
zawory termostatyczne
licznik
ciepła
zawory odcinające z nastawa wstępną
Rys 8. Schemat instalacji poziomego ogrzewania dwururowego.
W budynkach nowowznoszonych coraz częściej projektowane są ogrzewania dwururowe
mieszkaniowe wieloobwodowe (mikroprzewodowe) (rys. 9). W węzłach mieszkaniowych montowane
są rozdzielacze (zasilający i powrotny). Z rozdzielaczy tych przewody o małych średnicach (poniŜej 10
mm) zabetonowane w podłodze w tzw. peszlu ochronnym, doprowadzają wodę grzejną do kaŜdego
grzejnika. Prowadzenie przewodów w podłodze warunkuje projektowanie duŜych 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 nośnikiem ciepła jest para wodna wytwarzana w kotle i doprowadza-
na przewodami do grzejników, w których skrapla się oddając ciepło i w postaci skroplin (kondensatu)
5
powraca do kotła. W zaleŜności od ciśnienia wytwarzanej pary wyróŜnia się ogrzewania niskopręŜne
(nadciśnienie pary do 70 kPa, któremu odpowiada temperatura 115°C), wysokopr ęŜne (temperatura
140÷150°C) i podci śnieniowe (podciśnienie w stosunku do ciśnienia atmosferycznego utrzymywane
przez pompę próŜniową).
Para wodna znalazła zastosowanie w instalacjach ogrzewczych, poniewaŜ jest dobrym i wy-
dajnym nośnikiem ciepła. Jednak instalacje te wymagają stosowania specjalnego osprzętu i rygory-stycznych wymagań montaŜowych. Ogrzewanie parowe w domach mieszkalnych i budynkach biuro-
wych jest dziś rzadko stosowane, m.in. z uwagi na zbyt wysoką temperaturę grzejników i trudności regulacyjne. Okresowo ogrzewanie to moŜe być wykorzystywane, np. w halach targowych, wystawo-wych, gdzie w przerwach eksploatacyjnych istniałoby niebezpieczeństwo zamarznięcia instalacji wod-
nych. MoŜe być takŜe 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
• duŜo mniejsza bezwładność cieplna,
• brak moŜliwości regulacji wydajności kotła,
• brak niebezpieczeństwa zamarznięcia,
• wysoka i praktycznie stała temperatura grzejni-
• mniejsze koszty inwestycyjne (mniejsze
ków,
średni-
ce przewodów i wielkości grzejników),
• brak akumulacji ciepła w grzejnikach,
• szybka korozja przewodów (szczególnie kon-
densacyjnych) oraz grzejników.
Para wodna obecnie praktycznie nie jest stosowana w instalacjach grzewczych. Rozporzą-
dzenie ministra infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. wręcz zabrania stosowania ogrzewania parowego w pomieszczeniach przeznaczonych na pobyt ludzi. Natomiast instalacje parowe często dostar-
czają pary wodnej dla potrzeb procesów technologicznych.
5.3
Ogrzewanie powietrzne
Nośnikiem ciepła dostarczającym ciepło do pomieszczenia jest powietrze nagrzane, nawet do
temperatury 60÷80°C. W zale Ŝności od siły napędowej powodującej obieg powietrza rozróŜnia się
ogrzewania grawitacyjne i wentylatorowe, zaś w zaleŜności od udziału powietrza zewnętrznego
ogrzewania: powietrzem obiegowym, zewnętrznym i mieszanym. Powietrze moŜe być podgrzewane w
podgrzewaczach ogniowych (spalanie paliwa), przy wykorzystaniu energii elektrycznej lub pompy
ciepła oraz przy uŜyciu nagrzewnic wodnych czy parowych.
Ogrzewanie powietrzne grawitacyjne znano juŜ w staroŜytności. Powietrze przepływając przez
piec ogrzewa się od jego powierzchni, zmniejsza swoją gęstość i jest tłoczone do przewodów rozpro-
wadzających przez chłodniejsze (cięŜsze) powietrze dopływające innymi kanałami z ogrzewanych
pomieszczeń do dolnej części pieca połoŜonego moŜliwie centralnie. Ten rodzaj ogrzewania stosowa-
ny był wcześniej w domach jednorodzinnych, podpiwniczonych halach, kościołach itp. i wymagał przy-
stosowania budynku juŜ w fazie projektu architektonicznego.
Obecnie stosuje się ogrzewanie z wymuszonym obiegiem powietrza, które w stosunku do
ogrzewania grawitacyjnego ma następujące zalety: mniejsze wymiary i większa dowolność prowadze-
nia przewodów, niŜsza temperatura nawiewu, większa moc źródła ciepła przy tej samej powierzchni grzejnej, mniejsza bezwładność cieplna i większa moŜliwość regulacji temperatury oraz strumienia objętości powietrza, moŜliwość zastosowania urządzeń do obróbki powietrza (filtry, chłodnice, nawil-
Ŝacze).
Wadą tego typu ogrzewań jest hałas powstający w czasie pracy wentylatora i, w porównaniu
do tradycyjnych ogrzewań grzejnikowych, gorszy pionowy rozkład temperatury oraz mniej korzystny, z
punktu widzenia komfortu cieplnego, sposób przekazywania ciepła (wyłącznie przez konwekcję).
5.4
Ogrzewanie przez promieniowanie
W ogrzewaniu tym grzejniki (najczęściej węŜownice zabetonowane w przegrodach budowla-
nych) przekazują moc cieplną głównie na drodze promieniowania. Wymiana ciepła przez promienio-
wanie zachodzi zawsze pomiędzy ciałami o róŜnej temperaturze; cieplejsza płaszczyzna emituje cie-
pło, a chłodniejsza pochłania je, co powoduje podwyŜszenie jej temperatury. W pomieszczeniu ogrze-
wanym przez promieniowanie temperatura powietrza jest niŜsza, a średnia temperatura powierzchni
wyŜsza, dzięki czemu osoba znajdująca się w pomieszczeniu czuje się lepiej. Wśród systemów
ogrzewań przez promieniowanie rozróŜnia się: ogrzewanie płaszczyznowe (podłogowe, sufitowe,
6
ścienne) i ogrzewanie taśmami (płytami) promieniującymi. Grzejnik sufitowy ma węŜownicę ułoŜoną
na samym spodzie stropu, a nad nią znajdują się warstwy izolacyjne, natomiast w grzejniku podłogo-
wym układ tych warstw jest odwrotny. Ze względów fizjologicznych temperatura powierzchni grzejnych
nie powinna przekraczać:
• w ogrzewaniu podłogowym 29°C (w łazienkach 33°C, a strefach brzegowych 35°C),
• w ogrzewaniu sufitowym 30÷35°C (zale Ŝnie od wysokości pomieszczenia),
• w ogrzewaniu ściennym 35÷45°C.
Nośnikiem ciepła w ogrzewaniu ściennym moŜe być tylko woda (rozprowadzana przewodami
z tworzyw sztucznych), w ogrzewaniach podłogowych i sufitowych moŜna wykorzystywać równieŜ
energię elektryczną.
Tablica 7. Zalety i wady ogrzewania płaszczyznowego w porównaniu z ogrzewaniem konwekcyjnym.
Zalety
Wady
• lepsze warunki higieniczne i podwyŜszony kom- • duŜą bezwładność cieplną oraz podwyŜszone
fort cieplny: niŜsza temperatura powietrza, rów-
wymagania w odniesieniu do regulacji eksplo-
nomierny rozkład temperatury w całym po-
atacyjnej,
mieszczeniu, mniejsze konwekcyjne ruchy po-
• konieczność bardzo precyzyjnego wymiaro-
wietrza unoszące kurz i brudzące ściany,
wania (obliczeń),
• brak grzejników, większa estetyka wnętrz, ła- • ograniczanie mocy cieplnej grzejnika (dywan,
twość utrzymania czystości,
meble),
• obniŜenie sezonowego zuŜycia ciepła dzięki • brak moŜliwości późniejszych zmian wielkości
niŜszej temperaturze nośnika ciepła,
grzejnika,
• moŜliwość efektywnego zastosowania niekon- • wyŜsze koszty inwestycyjne.
wencjonalnych, ekologicznych źródeł ciepła jak
kondensacyjny kocioł gazowy czy pompa ciepła,
• właściwości samoregulacji (samoczynna zmiana
mocy cieplnej grzejnika w wyniku zmiany tempe-
ratury wewnętrznej w pomieszczeniu).
Jako ogrzewania niskotemperaturowe (dostarczające tzw. „łagodne ciepło”) ogrzewania
płaszczyznowe na ogół wymagają zwiększenia stopnia termoizolacyjności przegród budowlanych
ponad obowiązujące normy ochrony cieplnej budynków.
Ogrzewanie taśmami promieniującymi stosuje się przewaŜnie w wysokich halach przemysło-
wych, kościołach, gdzie odległość płaszczyzny grzejnej od strefy przebywania ludzi wynosi kilka me-
trów. Dzięki temu moŜliwe jest znaczne zwiększenie temperatury powierzchni grzejnej i zastosowanie
nośnika o wysokich parametrach (wody o temperaturze powyŜej 115°C, pary wysokopr ęŜnej). Taśmy
promieniujące składają się z ekranu z blachy stalowej, do którego przymocowana jest węŜownica
(wodna lub elektryczna). Zadaniem ekranu jest zwiększenie powierzchni wypromieniowującej moc
cieplną oraz przeciwdziałanie niepoŜądanym w tym typie ogrzewania prądom konwekcyjnym. Dostęp-
ne są teŜ promienniki podczerwieni panelowe (z otwartą komorą spalania) i rurowe (spalanie we-wnątrz przewodów) o bardzo wysokiej temperaturze powierzchni (powyŜej 900°C).
Ogrzewanie hal przemysłowych taśmami promieniującymi lub promiennikami ma wiele zalet
w porównaniu z ogrzewaniem powietrznym: mniejsze koszty eksploatacyjne (zuŜycie ciepła mniejsze
o 25%); lepszy komfort cieplny, bardziej równomierny rozkład temperatury; nie ma roznoszenia pyłów,
gazów i par; cicha praca instalacji; oszczędność energii elektrycznej. Podstawowe wady takiego
ogrzewania to duŜe koszty inwestycyjne i znaczny cięŜar taśm.
5.5
Ogrzewanie miejscowe
W ogrzewaniu miejscowym, w odróŜnieniu od ogrzewania centralnego, źródło ciepła znajduje
się w ogrzewanym pomieszczeniu. Ogrzewania te stosowane są w krajach o łagodnym klimacie,
w budownictwie wiejskim, rekreacyjnym oraz w okresach przejściowych. Zalicza się tu róŜnego rodza-
ju piece i kominki zasilane róŜnym paliwem o konstrukcji bardziej lub mniej nowoczesnej (z regulacją
dopływu powietrza, specjalnym rusztem wbudowanym palnikiem, wykorzystujące ciepło spalin), dziś
w większości wytwarzane fabrycznie. W starym budownictwie adaptuje się niekiedy istniejące piece kaflowe, montując w palenisku grzejniki z elementów oporowych lub palniki gazowe. Ozdobne akumulacyjne piece kaflowe stosowane są takŜe ze względów architektonicznych.
Stosowane są równieŜ grzejniki elektryczne akumulacyjne bądź przenośne: grzejniki o wymu-
szonym przepływie powietrza wyposaŜone w spirale oporowe i wentylatory, grzejniki o niewymuszo-
7
nym przepływie w kształcie listwy lub zwierciadła wklęsłego wewnątrz którego znajdują się spirale oporowe oraz konwekcyjne grzejniki olejowe z grzałką elektryczną i regulatorem temperatury.
6 Ocena wybranych systemów ogrzewania
6.1
Pionowy rozkład temperatury
Na rysunku 10 przedstawiono charakterystyczne rozkłady temperatury w płaszczyźnie piono-
wej, przechodzącej przez środek pomieszczenia, dla róŜnych rodzajów ogrzewania przy średnich
wartościach temperatury zewnętrznej.
Warto zwrócić uwagę 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, wynikające z zastosowania
określonego systemu ogrzewania. Jest to jedno z istotnych kryteriów oceny systemu ogrzewania.
Najbardziej zbliŜony do profilu idealnego jest rozkład temperatury w pomieszczeniu
w przypadku ogrzewania podłogowego, najmniej korzystny układ występuje dla ogrzewania powietrz-
nego.
Ogrzewanie płaszczyznowe oznacza system ogrzewania, w którym ciepło do pomieszczenia
przekazywane jest przez otaczające przegrody, a więc: sufit, podłogę lub ścianę. W związku z tym wyróŜnia się ogrzewania: sufitowe, podłogowe lub ścienne.
16 18 20 22 24 26°C
profil idealny
grzejniki konwek-
cyjne usytuowane
przy ścianach
zewnętrznych
j.w. lecz przy
Pionowe rozkłady
ścianach
temperatury wewn
wewn
ętrznej
ętrznych
dla tradycyjnych
systemów centralnego
ogrzewania
20°C
profil idealny
grzejniki sufitowe
20°C
profil idealny
ogrzewanie
powietrzne
20°C
profil idealny
ogrzewanie
podłogowe
Pionowy rozkład
temperatury wewnętrznej
dla ogrzewania
podłogowego
16 18 20 22 24 26°C
Rys 10. Pionowy rozkład temperatur w pomieszczeniach dla róŜnych typów centralnego ogrzewania.
Z uwagi na podwyŜszoną temperaturę powierzchni w pomieszczeniu (temperaturę promienio-
wania), obniŜona moŜe być odpowiednio temperatura powietrza, co jest podstawową zaletą tych
8
ogrzewań zarówno ze względów komfortu cieplnego, jak i z uwagi na pewne obniŜenie sezonowego
zuŜycia energii na ogrzewanie.
Ogrzewanie przez promieniowanie ma następujące zalety:
nie występują w pomieszczeniu grzejniki, a więc korzyści z tego tytułu są ewidentne; zwolnie-
nie powierzchni przeznaczonej na zabudowę grzejników, zwiększona estetyka wnętrz itp.,
podwyŜszone warunki higieniczne, zarówno przez zmniejszenie ruchów konwekcyjnych
w pomieszczeniu, jak i czystości powierzchni ogrzewalnych,
podwyŜszenie komfortu cieplnego, niewystępowanie zjawiska „przypiekania kurzu”, moŜliwość
obniŜenia sezonowego zuŜycia energii w porównaniu z ogrzewaniem grzejnikowym,
właściwości samoregulacji polegające na samoczynnej zmianie mocy cieplnej przewodów
w wyniku zmiany temperatury wewnętrznej w pomieszczeniu.
Do wad ogrzewania przez promieniowanie zaliczyć moŜna:
duŜą bezwładność cieplną oraz podwyŜszone wymagania odpowiedniej regulacji eksploata-
cyjnej,
brak moŜliwości ewentualnych późniejszych zmian wielkości grzejnika,
wyŜsze koszty inwestycyjne w porównaniu z innymi systemami ogrzewania.
Problem wyŜszych kosztów inwestycyjnych w porównaniu z innymi systemami ogrzewania jest
na pewno dyskusyjny. Wynika to między innymi z braku moŜliwości jednoznacznego rozdzielenia przy
wykonywaniu grzejnika płaszczyznowego zakresu robót czysto budowlanych od prac czysto instala-
cyjnych.
W uzupełnieniu naleŜy podkreślić fakt, Ŝe zastosowanie w budynku ogrzewania promieniują-
cego na ogół wymaga zwiększenia (ponad obowiązujące normy ochrony cieplnej budynków) stopnia
termoizolacyjności przegród budowlanych. Wymaganie to, aczkolwiek zmuszające inwestora do
zwiększenia nakładów inwestycyjno-budowlanych, nie moŜna zaliczyć do wad. Przykłady budownic-
twa w krajach rozwiniętych o podobnym klimacie, rosnące w Polsce koszty nośników energii oraz
postęp w zakresie rozliczenia zuŜycia energii, uzasadniają celowość obniŜenia strat cieplnych budyn-
ku i stwarzają moŜliwość stosunkowo szybkiego zdyskontowania nakładów inwestycyjnych na rozwią-
zania energooszczędne poprzez obniŜenie kosztów eksploatacyjnych.
Podstawowym wymaganiem dla ogrzewania podłogowego jest ograniczenie średniej tempera-
tury podłogi w strefie stałego przebywania ludzi do wartości tpmax = 29°C. Przekroczenie tej temperatu-
ry nie jest wskazane, poniewaŜ pogarszają się warunki komfortu cieplnego. Przy zbyt wysokiej tempe-
raturze grzejnika mogą wystąpić nawet dolegliwości nóg. W łazienkach dopuszcza się temperaturę do
33°C, a w strefie brzegowej (zagęszczenie przewodów grzejnych przy ścianach zewnętrznych) do 35°
C. Wymagania te narzucają ograniczenie strat ciepła pomieszczenia do wielkości ok. 60÷80 W/m2, co
nie zawsze jest moŜliwe do zrealizowania. Stosowane są wówczas ogrzewania kombinowane podło-
gowo-grzejnikowe. W tym przypadku zastosowane mogą być grzejniki elektryczne, traktowane jako
szczytowe lub uzupełniające źródło ciepła.
Ogrzewanie sufitowe, w stosunku do ogrzewań innych rodzajów, ogranicza ruchy konwekcyj-
ne w ogrzewanym pomieszczeniu oraz nie jest w zasadzie naraŜone na osłonięcie lub zabudowę
płaszczyzn grzejnych.
6.2
Efektywność energetyczna systemu ogrzewania
Miarą efektywności energetycznej systemu ogrzewczego jest jego eksploatacyjna sprawność
cieplna określona stosunkiem ilości energii jaka byłaby rozpraszana z pomieszczeń do otoczenia
w okresie sezonu ogrzewczego (przy utrzymywaniu w pomieszczeniach wymaganej temperatury
w granicach komfortu cieplnego), do ilości ciepła dostarczonego w tym okresie do systemu.
W praktyce ogólną sprawność systemu ogrzewczego określa się na podstawie sprawności
składowych, a więc:
• sprawności wytwarzania,
• sprawności akumulacji,
• sprawności przesyłu (transportu, dystrybucji),
• sprawności emisji (wykorzystania),
• sprawności regulacji dostawy ciepła.
Świadomość występowania strat energetycznych, wynikających ze sposobu emisji ciepła
przez elementy grzejne, nie jest powszechna wśród osób zajmujących się projektowaniem i eksploatacją systemów ogrzewczych.
9
Straty emisji ciepła przy ogrzewaniu pomieszczenia związane są przede wszystkim z usytu-
owaniem grzejników przy ścianach zewnętrznych oraz występowaniem pionowego gradientu tempera-
tury w ogrzewanym pomieszczeniu.
Główne czynniki zmniejszające sprawność emisji ciepła są następujące:
usytuowanie grzejnika w sąsiedztwie kratki wentylacyjnej wywiewnej,
niska izolacyjność cieplna przegrody zewnętrznej za grzejnikiem,
zasłonięcie grzejnika.
7 Dobór i eksploatacja instalacji ogrzewczych
7.1
Wybór systemu ogrzewczego w zaleŜności od przeznaczenia obiektu
Często obserwuje się przypadki wykonania instalacji ogrzewczych źle bądź przypadkowo do-
branych do funkcji i rodzaju budynku oraz dostępnych źródeł energii. Uwagi zamieszczone w tablicy poniŜej dotyczą typowych instalacji nowo projektowanych. Instalacje ogrzewcze w budynkach specjal-nych (np. w wieŜowcach, kompleksach szpitalnych, duŜych osiedlach domów jednorodzinnych) po-
winny być dobierane przez projektantów na podstawie wyników szczegółowych analiz uwzględniają-
cych wykorzystanie energii geotermalnej, pomp ciepła, odzyskiwania ciepła z powietrza wentylacyjne-
go itp. Etapem wstępnym opracowania projektu, a następnie wykonania systemu ogrzewania, powin-
no być zadbanie o właściwą izolację cieplną budynku i odpowiednią szczelność powietrzną.
Tablica 8. Wybór systemu ogrzewczego w zaleŜności od przeznaczenia obiektu.
Rodzaj obiektu
System ogrzewczy
Budynki jednorodzinne
centralne ogrzewanie wodne grawitacyjne z kotłem węglowym, przewody
(obszar wiejski)
stalowe, grzejniki Ŝeliwne bez zaworów termostatycznych.
Budynki jednorodzinne
centralne ogrzewanie wodne pompowe z kotłem gazowym, grzejniki stalo-
(obszar miejski)
we jednopłytowe, instalacja hermetyczna, przewody tworzywowe, progra-
mowana, pełna regulacja automatyczna. Rozwiązanie alternatywne –
ogrzewanie podłogowe wodne z gazowym kotłem kondensacyjnym.
Budynki jednorodzinne
kominek, grawitacyjne ogrzewanie powietrzne, spręŜarkowe pompy ciepła
rekreacyjne
systemu powietrze-powietrze, dodatkowo przenośne promienniki elektrycz-
ne (nie naleŜy stosować ogrzewań wodnych).
Budynki wielorodzinne
centralne ogrzewanie wodne dwururowe zasilane z miejskiej sieci ciepłow-
niczej lub z niskotemperaturowego kotła gazowego.
Biura
ogrzewanie wodne z moŜliwością obniŜenia temperatury wewnętrznej
(ogrzewanie dyŜurne) zasilane w miarę potrzeby przez zespół kotłów gazo-
wych z płynną regulacją wydajności, dogrzewanie i kurtyny powietrzne w
holu wejściowym.
Szkoły, przedszkola
ogrzewanie wodne niskotemperaturowe z grzejnikami stalowymi jednopły-
towymi lub układ kombinowany z ogrzewaniem podłogowym pokrywającym
2/3 zapotrzebowania na ciepło, zasilanie niskotemperaturowym kotłem ga-
zowym. W sali gimnastycznej taśmy promieniujące, w szkołach wiejskich
akumulacyjne ogrzewanie elektryczne.
Hale sportowe, wystawowe, ogrzewanie powietrzne w hali + grzejnikowe w pomieszczeniach pomocni-
targowe
czych, gazowa lub olejowa nagrzewnica powietrza, ogrzewanie dyŜurne.
Domy towarowe
ogrzewanie powietrzne + dyŜurne, kurtyny powietrzne przy wejściach,
ogrzewania miejscowe, oddzielny układ ogrzewania dla pomieszczeń po-
mocniczych.
Szpitale
centralne ogrzewanie wodne z grzejnikami jednopłytowymi, obustronnie
gładkimi zasilane przez zespół kotłów olejowych z awaryjnym agregatem
prądotwórczym. Nie zaleca się ogrzewania powietrznego ani płaszczyzno-
wego.
Budynki przemysłowe
promienniki, taśmy promieniujące, ogrzewanie powietrzne.
10
7.2
Regulacja instalacji ogrzewczych
Zapotrzebowanie na moc cieplną moŜna określić jako maksymalne straty ciepła pomieszczeń.
Instalacje ogrzewcze projektuje się dla tzw. obliczeniowej temperatury zewnętrznej 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 zmieniającego się w funkcji temperatury powietrza zewnętrznego, zapotrzebowania na
moc cieplną budynku. Regulacja podyktowana jest więc koniecznością utrzymania warunków komfortu
cieplnego w pomieszczeniach oraz względami ekonomicznymi.
Regulacja wstępna (odpowiednie nastawy wstępne zaworów grzejnikowych lub odcinających
podpionowych czy strefowych) zapewnia załoŜony w projekcie rozkład temperatury i strumieni nośnika
ciepła, w warunkach obliczeniowych (występujących tylko kilka dni w roku), moce dobranych grzejni-
ków.
Regulacja eksploatacyjna zapewnia temperaturę wewnętrzną stosownie do upodobań uŜyt-
kowników mimo zmian temperatury zewnętrznej (dobowych, rocznych). Polega ona zatem na dosto-
sowaniu mocy cieplnej całej instalacji oraz poszczególnych grzejników do chwilowego zapotrzebowa-
nia na ciepło pomieszczeń.
Regulacja eksploatacyjna w zaleŜności od jej zasięgu moŜe być:
centralna – w źródle ciepła (w elektrociepłowni, kotłowni osiedlowej, węźle ciepłowni-czym lub w kotle), za pomocą odpowiednich zaworów sterowanych tzw. regulatorem
pogodowym, realizującym zadaną funkcję temperatury zasilania w zaleŜności od tem-
peratury zewnętrznej,
strefowa – obejmująca część instalacji bądź systemu ciepłowniczego (pion, gałąź insta-
lacji, część miejskiej sieci ciepłowniczej),
miejscowa – dotycząca poszczególnych grzejników, lub lokalna – dotycząca poszcze-
gólnych budynków w sieci osiedlowej.
Ze względu na rodzaj korygowanej wielkości regulacja eksploatacyjna moŜe być:
jakościowa (najczęściej stosowana) – polegająca na zmianie temperatury nośnika cie-
pła przy jego stałym przepływie,
ilościowa – polegająca na zmianie przepływu nośnika ciepła z zachowaniem jego stałej
temperatury,
mieszana – zwana teŜ jakościowo-ilościową, polegająca na zmianie zarówno tempera-
tury, jak i przepływu nośnika ciepła.
W czasie eksploatacji instalacji ogrzewczych często okazuje się, Ŝe pomimo zastosowania
nowoczesnych regulatorów, niemoŜliwe jest uzyskanie nominalnej mocy we wszystkich odbiornikach,
bądź temperatura wewnętrzna ciągle znacznie oscyluje wokół wielkości zadanej. Wynika to z nie-
zgodnego z projektem wykonania instalacji (zamontowanie przewodów o innych niŜ zakładane średni-
cach, zmiana armatury, niewykonanie izolacji cieplnej, itp.), z błędów popełnionych w czasie projekto-
wania (niewłaściwy rozdział nośnika ciepła, błędny algorytm obliczeń, zaprojektowanie niewłaściwych
urządzeń) lub z wad systemowych instalacji. Właściwe projektowanie regulacji wstępnej wewnętrz-
nych instalacji ogrzewczych wymaga wspomagania komputerowego oraz znajomości zasad stosowa-
nia i doboru armatury regulacyjnej.
11