Ogrzewanie

Ogrzewanie jest to proces dostarczania energii termicznej do ciała, pomieszczenia, w celu podniesienia lub utrzymania jego temperatury.

Ogrzewanie jest szeroko rozumianym pojęciem, związanym z zapewnieniem odpowiednich warunków temperaturowych, zależnie od charakteru pomieszczenia i z uwzględnieniem zmian potrzeb klimatycznych w różnych okresach (czasowych lub funkcjonalnych).

Dostarczanie ciepła do pomieszczeń

Wstęp

Istnieje wiele metod dostarczania ciepła do pomieszczenia. Konkretne rozwiązanie warunkują: rodzaj pomieszczenia (np. pokój dzienny, garaż, łazienka), czas przebywania w nim ludzi (np. cała noc, chwilowo), możliwości techniczne (czyli dostępne źródła energii) i uwarunkowania finansowe.

Centralne ogrzewanie (CO)

Działanie c.o grawitacyjnygo.

Współczesny kocioł CO

We współczesnym rozumieniu jest to dostarczenie ciepła do elementów grzejnych zlokalizowanych w docelowych pomieszczeniach za pomocą gorącej wody. Jednak zakres tego pojęcia jest szerszy - jest to dystrybucja ciepła po budowli, uzyskanego z przetworzenia paliwa w jednym, specjalnie przeznaczonym do tego pomieszczeniu, kotłowni, w tym przypadku piec nazywany jest kotłem centralnego ogrzewania, a elementy przekazujące ciepło w pomieszczeniach to grzejniki (tzw. potocznie "kaloryfery"). Do rozprowadzania ciepła wykorzystuje się wodę, parę wodną lub powietrze. Stosuje się systemy obejmujące jedno mieszkanie (centralne ogrzewanie etażowe), jeden budynek, kilka budynków, a nawet całe miasta. W instalacjach obejmujących jeden budynek woda może krążyć w wyniku zmian gęstości przy zmianach temperatury (CO grawitacyjne) lub jej przepływ jest wymuszany pompą. W większych instalacjach stosuje się wyłącznie systemy z wymuszonym obiegiem.

Rodzaje grzejników

Grzejniki gazowe

Czerpią moc z gazu. Są zaliczane do grupy niewydajnych chociaż mają też swoje plusy.

Grzejniki konwekcyjne

Grzejniki konwekcyjne ogrzewają pomieszczenie w wyniku grawitacyjnego przepływu masy powietrza wewnątrz radiatora grzejnika, w wyniku czego następuje jego ogrzanie. Przepływ grawitacyjny wynika z różnicy gęstości powietrza ze zmianą jego temperatury. Grzejniki zasilane są prądem elektrycznym lub gorącą wodą. Woda dostarczana jest instalacją centralnego ogrzewania (CO).

Wady i zalety:

• "mieszanie" powietrza w pomieszczeniu,

• relatywnie średnia prędkość nagrzewania pomieszczenia,

• łatwość regulacji temperatury,

• stabilność w utrzymaniu temperatury w pomieszczeniu,

• mniejsza powierzchnia grzejnika w stosunku do grzejników radiacyjnych

• (wada) większe nierównomierności w ogrzewaniu powietrza, ciepłe powietrze unosi się do góry.

Grzejniki radiatorowe

Grzejniki radiatorowe są obecnie wypierane przez grzejniki konwekcyjne. Powietrze przepływa na zewnątrz radiatora. Radiator ma rozwiniętą powierzchnię zewnętrzną, wykonywaną przez wyprofilowanie, wytłoczenie lub przyspawanie pasów blachy do rury w której płynie czynnik grzejący.

Wady i zalety, porównanie z konwekcyjnymi:

• zajmują większą powierzchnię ściany,

• pomieszczenie jest ogrzane równomierniej,

• łatwiej uzyskać wyższe temperatury w dolnej części pomieszczenia,

• słabo wymuszają obieg powietrza w pomieszczeniu,

• większa część ciepła jest odprowadzana przez promieniowanie cieplne.

Promienniki energii cieplnej

Bardzo cenione jako źródło ciepła w wysokich pomieszczeniach z uwagi na bezpośrednie ogrzewanie ciał stałych przez promieniowanie podczerwone a nie przez powietrze, które dopiero wtórnie jest ogrzewane przez ciała stałe, dzięki czemu ciepło ukierunkowane jest do dolnej partii wysokiego obiektu. Systemy grzewcze oparte o promienniki charakteryzują sie minimalną bezwładnością, szczególnie oparte o promienniki gazowe i promienniki elektryczne.

Promienniki obecnie należą do najchętniej stosowanych urządzeń grzewczych stosowanych w dużych obiektach przemysłowych, logistycznych i sportowych.

Wady i zalety:

Zalety:

• niższe koszty eksploatacji systemu przy tym samym komforcie cieplnym

• możliwość stosowania pełnej automatyki sterującej

• układ zdecentralizowany przy większych obiektach

• możliwość ogrzewania strefowego

• kontrola komfortu termicznego całej powierzchni ogrzewanej

Wady:

• zależne od rodzaju promienników (gazowe, elektryczne, wodne)

Grzejniki nadmuchowe

Grzejnik nadmuchowy jest połączeniem grzejnika kowektorowego z wentylatorem napędzanym energią elektryczną. W ostatnich latach ciepło wytwarzane jest w nowoczesnych kominkach.

Wady i zalety:

• szybkie nagrzewanie pomieszczeń (intensywne mieszanie powietrza),

• występowanie szybkiego ruchu powietrza,

• hałas generowany przez wentylator,

• trudność w stabilizacji temperatury (??),

• możliwość kierunkowego ogrzewania (skierowania strumienia powietrza),

• zimny nawiew (jako inne zastosowanie).

• małe wymiary,

• możliwość umieszczenia z dala od miejsca, które ma być ogrzewane

Ogrzewanie podłogowe.

Ogrzewanie podłogowe

Cechą charakterystyczną ogrzewania podłogowego jest sposób emisji ciepła - jest ono dostarczane całą powierzchnią podłogi, co zapobiega powstawaniu gorących warstw powietrza w górnej części pomieszczenia (powietrze unosząc się do góry stopniowo się ochładza). Ogrzewanie podłogowe zapewnia profil temperatury w pomieszczeniu najbardziej zbliżony do teortycznego profilu idealnego. Ogrzewanie wykonuje się jako elektryczne lub wodne. Najczęściej stosowane jest w łazienkach, choć w nowych budynkach coraz częściej jest stosowane na całej powierzchni użytkowej. W ogrzewaniu podłogowym wodnych, woda dostarczana jest instalacją centralnego ogrzewania (CO), przy czym konieczne jest zastosowanie mieszacza do obniżenia temperatury wody w stosunku do temperatury, którą zasilane są grzejniki.

Wady i zalety:

• równomierny rozkład pionowy temperatur w pomieszczeniu

• ciepła ("przyjemna") podłoga

• konieczność zniszczenia istniejącej podłogi (przy montażu)

• ograniczenia sposobu wykonania podłogi i jej nakrycia - należy unikać materiałów izolujących (np. deski na legarkach, grube wykładziny i dywany)

• duża bezwładność cieplna

• unoszenie kurzu wraz z ciepłym powietrzem podczas chodzenia po takiej podłodze (nie zalecane wykładziny dywanowe i dywany).

Tradycyjne źródła energii cieplnej

Jako tradycyjne źródła energii cieplnej przyjmuje się takie metody postępowania, w których nie jest brane pod uwagę ewentualne negatywne oddziaływanie na środowisko.

Ciepło z elektrociepłowni

Ciepło z elektrociepłowni do budynku dostarczane jest rurociągami w postaci gorącej wody. Woda ta nie jest stosowana bezpośrednio do ogrzewania, lecz jej energia cieplna przekazywana jest do wewnętrznego obiegu grzewczego centralnego ogrzewania w wymienniku ciepła (rekuperatorze). W czasie przesyłu powstają duże straty ciepła (ogrzewana jest ziemia i atmosfera, a wykonanie instalacji przesyłowej wymaga wysokich nakładów, stąd mała popularność w budownictwie podmiejskim.

Wady i zalety:

• bezobsługowość,

• problemy z rozliczaniem zużytego ciepła (niedoskonałe metody podzielnikowe lub wręcz rozliczanie ryczałtem według powierzchni mieszkania lub ilości zamieszkałych w nim osób),

• wysoki koszt instalacji zasilającej,

• niedostępność na żądanie w okresie przejściowym (do momentu włączenia wymiennika ciepła),

• rozwiązanie nie wszędzie dostępne.

Ogrzewanie spalinowe

Ogrzewanie spalinowe polega na dostarczaniu ciepła uzyskanego w wyniku procesu spalania materiału zwanego paliwem. W tradycyjnych układach są to:

• materiały stałe:

• węgiel i jego pochodne (zobacz też: węgiel kamienny, węgiel brunatny, koks)

• inne materiały palne (drewno, papier, odpady gospodarcze, itp.)

• materiały gazowe:

• gaz miejski

• gaz ziemny

• mieszanka gazów: propanu i butanu,

• materiały ciekłe:

• ropa naftowa lub olej opałowy.

Piec opalany węglem - izbowy

Piec węglowy w wykonaniu tradycyjnym - tzw. piec izbowy, pozostaje w wielu gospodarstwach domowych głównym źródłem energii cieplnej. Jest kłopotliwy w eksploatacji, ponieważ:

• wymaga dostarczenia ciężkiego paliwa (często po schodach),

• wymaga nadzoru podczas palenia i wygaszania,

• po rozgrzaniu emituje dużo ciepła, które po zgaszeniu paleniska stopniowo się zmniejsza. Po wieczornym "napaleniu" rano w pomieszczeniu jest już zimno. Piec taki zabudowany w kuchni służy jednocześnie do przygotowywania potraw. Budową tradycyjnych piecy zajmuje się zdun.

Kocioł centralnego ogrzewania opalany węglem

Kocioł węglowy centralnego ogrzewania jest również kłopotliwy w ekesploatacji (ze względu na charakter materiału), ale posiada możliwość instalacji pewnych system/ów automatyki. Dodatkową zaletą jest możliwość pracy ciągłej oraz kumulacja energii w zbiorniku wodnym (który może posiadać alternatywną metodę podgrzewania - np. elektryczną). System ten łatwo można przystosować do nowoczesnych metod opalania materiałami niewęglowymi. Kocioł centralnego ogrzewania instaluje się w kotłowni.

Wady i zalety:

• trudny w sterowaniu (kocioł tradycyjny)

• konieczność wykonania instalacji CO (kocioł centralny),

• konieczność stałego nadzoru człowieka,

• bardzo kłopotliwy nośnik energii.

Kocioł centralnego ogrzewania opalany gazem

Od kotła węglowego różni go znacząco charakter opału, co pozwala w większym stopniu dokonać automatyzacji procesu spalania.

Wady i zalety:

• konieczność wykonania instalacji CO,

• łatwość sterowania,

• czyste spaliny,

• czysta kotłownia.

• wysoka sprawność energetyczna (kotły kondensacyjne)

• możliwa współpraca z systemem solarnym

Kominek

Pod koniec XX w. powróciła moda na kominki, które są efektownym elementem wystroju wnętrz. Nowoczesne kominki mają niewiele wspólnego z niskosprawnymi poprzednikami, posiadają:

• zamykane palenisko (większa efektywność spalania i bezpieczeństwo) - niejednokrotnie z tzw. "zimną szybą",

• system odprowadzania ciepła (czasami z obiegiem wymuszonym), tak aby jak najmniej energii było oddawane do atmosfery razem ze spalinami.

• system zabezpieczeń,

• regulację płomienia.

Wady i zalety:

• efektowny element wystroju,

• konieczność częstego dodkładania paliwa,

• kłopotliwy nośnik energii.

Ogrzewanie elektryczne

Wady i zalety:

• łatwość sterowania,

• niskie koszty instalacji przyłącza,

• wysoka sprawność,

• duży koszt jednostkowy energii.

Alternatywne źródła energii cieplnej

Alternatywne źródła energii charakteryzują się zmniejszonym negatywnym oddziaływaniem (względem tradycyjnych źródeł) na środowisko naturalne, poprzez zmniejszenie emisji szkodliwych substancji, lub wykorzystanie odnawialnych źródeł energii.

Wykorzystanie energii słonecznej

Przy pomocy kolektorów słonecznych można doskonale wspomagać niskotemperaturowe systemy centralnego ogrzewania.

Wady i zalety:

• duże uzależnienie od pogody (i rejonu geograficznego),

• bardzo niskie koszty jednostki energii,

• brak negatywnego wpływu na środowisko naturalne,

• łatwy montaż kolektorów słonecznych,

• ograniczenie do instalacji niskotemperaturowych (podłogowych, ściennych).

Pompa ciepła

Energię uzyskuje się stosując pompę ciepła, która wymusza obieg energii cieplnej ze źródła zimniejszego (grunt) do ogrzewanego budynku. Nie ma nic wspólnego z gorącymi źródłami.

Wady i zalety:

• bardzo niskie koszty jednostki energii,

• brak negatywnego wpływu na środowisko naturalne.

Spalanie materiału biologicznego

Ograniczanie zużycia energii

Ograniczenie zużycia energii jest istotnym elementem prawidłowej polityki ogrzewania domu. Zużycie energii powinno się ograniczać ze względu na:

• negatywne oddziaływanie na środowisko naturalne,

• zbędne nakłady finansowe.

Zużycie energii można ograniczyć stosując metody zapobiegawcze:

• aktywne, tzn. bezpośrednio reragujące na zmieniające się warunki (np. regulacja),

• pasywne lub stałe (np. izolacja termiczna).

Regulacja

Regulacja lokalna - zawór (z głowicą termostatyczną)

Regulacja lokalna polega na instalacji zaworu (mechanicznego lub elektronicznego) lub zaworu z głowicą termostatyczną na grzejniku lub na dopływie energii do grzejnika. Zawór z głowicą posiada skalę w stopniach Celsjusza, lub numerację pozwalającą zapamiętać człowiekowi "odpowiednie" położenia dla wymaganych temperatur. Często spotyka się dwa zawory i przełącznik "noc/dzień".

Działanie zaworu z głowicą:

• załączony/wyłączony - odcina dopływ energii (np. ciepłej wody, prądu) w momencie wykrycia temperatury "górnej" w ramach przyjętych widełek dokładności (zależnych od rodzaju grzejnika), a włącza dopływ energii po wykryciu temperatury "dolnej". Dla dobrej jakości elektrycznych grzejników konwekcyjnych widełki (czyli faktycznie wahania temperatury w pomieszczeniu) wynoszą 0,5 st. C.

• płynna regulacja - zmniejszenie przepływu energii (np. wody) do poziomu pozwalającego utrzymać żądaną temperaturę (głowica ogranicza lub zwiększa dopływ czynnika grzejnego w zależności od potrzeby),

• przełączenie pracy grzejnika - np. zmiana liczby elementów grzejnych (najczęściej stosowana w grzejnikach elektrycznych).

• zabezpieczenie przeciw zamarzaniu - przy głowicy termostatycznej ustawionej na pozycji oznaczonej gwiazdką dopływ energii jest całkowicie zamknięty; w razie spadku temperatury w pomieszczeniu poniżej 0°C głowica otwiera zawór lub włącza grzejnik zapobiegając przemarzaniu pomieszczenia.

Innym przykładem regulacji lokalnej jest układ sterujący systemem grzewczym opartym o rozproszone źródła energii takie jak na przykład promienniki i nagrzewnice gazowe, gdzie na jednej hali kilka lub kilkadziesiąt urządzeń łączone działają w odniesieniu do kilku lub kilkunastu punktów pomiaru temperatury, dzięki czemu każde źródło energii, promiennik czy nagrzewnica, może bezpośrednio reagować na lokalne wahania temperatury.

Regulacja centralna

Regulacją centralną nazywane są mechanizmy pozwalające z jednego punktu domu wpłynąć na zmianę temperatury we wszystkich lub dowolnie wybranych punktach grzewczych poprzez:

• oddziaływanie (zdalne sterowanie) urządzeniami do regulacji lokalnej - rozwiązanie to stosowane jest w grzejnikach elektrycznych.

• zmianę ilości dostarczanego ciepła do punktów grzewczych - rozwiązanie stosowane w systemach centalnego ogrzewania, w wyniku:

• zmniejszenia temperatury wody,

• cyklicznego włączania i wyłaczania dopływu energii (stosowane również w grzejnikach elektrycznych)

---