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