Ruchy powietrza wynikające z różnic temperatur i jego gęstości są naturalnym procesem występującym w przyrodzie. Skutkuje to rozwarstwieniem powietrza i powstawaniem tzw. dodatniego gradientu temperatury. Zjawisko to objawia się na przykład gromadzeniem się ogrzanego powietrza w części dachowej budynków. Jednym z jego aspektów, na który często nie zwraca się uwagi, jest ujemny wpływ na eksploatację obiektu i zwiększanie kosztów eksploatacyjnych systemu grzewczego.


Unoszenie jest naturalnym procesem występującym w przyrodzie, wywołanym różnicami gęstości ogrzewanego płynu (powietrza). Skutkuje to rozwarstwieniem powietrza i powstawaniem tzw. dodatniego gradientu temperatury. Jak bardzo dokuczliwe jest to zjawisko potwierdzają służby techniczne, których pracownicy wykonują prace serwisowe urządzeń znajdujących się pod dachem. Dyskomfort, okresowo znajdujących się w takich warunkach pracowników, odczuwany jest bezpośrednio i występuje jedynie w czasie ich pracy pod dachem. Można go zrekompensować dłuższym odpoczynkiem lub przyjmowaniem większej ilości płynów. Istnieje jednak pewien aspekt rozwarstwienia powietrza, który wprost nie zwraca na siebie uwagi, jednak aktywny jest ciągle i przez cały czas ujemnie wpływa na eksploatację obiektu – zwiększone koszty eksploatacyjne systemu grzewczego.
Podwyższona temperatura powietrza w górnych partiach pomieszczeń skutkuje bezwzględnie większymi stratami ciepła przez przegrodę jaką jest dach. Oczywiście w przypadku ogrzewania systemami grzewczymi, w których występujący gradient termiczny jest silnie dodatni należy zadbać o właściwą izolację termiczną dachu. Nadal jednak straty ciepła przez dach będą większe niż dla innych przegród w związku z wyższą temperaturą powietrza. Co zrobić aby zjawisko to zminimalizować? Zastosować system grzewczy, w którym efekt stratyfikacji jest najmniejszy lub system, który wykorzystuje zgromadzone pod sufitem powietrze.

Holenderska spółka Winterwarm B.V. od wielu lat prowadzi prace na udoskonaleniem swoich produktów tak aby ich eksploatacja pochłaniała jak najmniej energii. Rozwiązania redukujące gradient oparte na promiennikach podczerwieni znane są nie od dziś. Rozwiązania technologiczne producentów nie odbiegają znacząco od przyjętych powszechnie standardów. Dlatego prace badawcze Winterwarmu skupiły się na poprawie funkcjonowania nadmuchowego systemu grzewczego wykorzystującego gazowe nagrzewnice powietrza (systemu tworzącego największy dodatni gradient temperatury).

Promienniki podczerwieni. Są to źródła ciepła przekazujące energię na zasadzie promieniowania elektromagnetycznego w paśmie ok. 780nm do 1 mm. Zgodnie z zasadą przenoszenia energii przez promieniowanie powietrze ogrzewa się pośrednio na zasadzie wtórnej konwekcji od absorbujących energię elementów (posadzki, blatów itp). Konwekcja owa jest na tyle delikatna, iż ewentualnie wstępujący gradient temperaturowy jest minimalnie dodatni. W przypadkach szczególnych gradient może mieć wartość nawet lekko ujemną. W związku z bezpośrednim oddziaływaniem promieniowana na materiały znajdujące się w polu działania promiennika należy mieć na uwadze bezpieczne odległości od materiałów palnych i innych, które poddane promieniowaniu podczerwonemu mogą zmieniać swoje własności. Te i inne ograniczenia stosowania promienników mogą skutkować koniecznością wyboru alternatywnego rozwiązania.

Nagrzewnice gazowe w większości przypadków mogą być stosowane w tych samych pomieszczeniach co ogrzewane przez promienniki. Tutaj przenoszenie energii odbywa się na zasadzie przewodzenia ciepła pomiędzy wymiennikiem spaliny-powietrze a przedmuchiwanym powietrzem. Wymiana ciepła zachodzi bezpośrednio w ogrzewanym pomieszczeniu. Dla przypadku, najbardziej powszechnego rozmieszczenia nagrzewnic tj. na ścianach występujące silne prądy konwekcyjne unoszą ciepłe powietrze ku górze, które zalegając pod dachem niekorzystnie wpływa na stratę ciepła. Rozwiązaniem tego problemu może być stosowanie wentylatorów zapobiegających zaleganiu ciepłego powietrza pod dachem. Wentylator taki wyposażony w termostat działa niezależnie załączając się wtedy gdy temperatura w strefie podsufitowej przekracza o pewną wartość temp. powietrza w strefie przebywania, sprowadza nagrzane powietrze w dół. Mankamentem takiego rozwiązania jest dostępność termostatu. Pokrętło nastawy różnicy temperatur znajduje się zazwyczaj na obudowie wentylatora, znacznie poza normalnym zasięgiem obsługi, czasami w miejscach trudno dostępnych.

Dlaczego więc nie wykorzystać obecnych w nagrzewnicach wentylatorów aby wykorzystywać je również do destratyfikacji? Prace Winterwarm rozpoczął od konstrukcji nowej generacji zespołu wymiennika i modulowanego palnika, umożliwiającego dowolne zawieszenie nagrzewnic (tzn. nadmuch poziomy, pod kątem lub pionowy). Dołożono wentylatory o odpowiednim wydatku powietrza i sprężu i tak powstały trzy modele nagrzewnic o nazwach XR, HR i TR. Opomiarowano system grzewczy tak aby kontrolował temperaturę w strefie pracy oraz w przestrzeni pod sufitem. Automatyka systemu steruje pracą palnika i wentylatora tak aby jak najlepiej wykorzystać zalegające ciepłe powietrze. Protokół sterowania zawiera funkcję całkująco-różniczkującej regulacji temperatury w priorytecie wykorzystując elementy nagrzewnicy na minimalnej wydajności. Gwarantuje to utrzymywanie najwyższych sprawności urządzenia i najlepsze wykorzystanie energii zgromadzonej w przestrzeni pod dachem.

Zastosowanie nagrzewnic gazowych pod dachem ogranicza ilość potrzebnych do prawidłowego funkcjonowania systemu destratyfikatorów o ilość zamontowanych nagrzewnic destratyfikujących czasami eliminując je całkowicie. Ma to oczywisty wpływ na obniżenie kosztów inwestycyjnych poprzez zmniejszenie ilości urządzeń i uproszczenie instalacji.

Dodatkowe funkcje wykorzystywane dzięki dodatkowemu opomiarowaniu urządzeń to strefowanie. Każde urządzenie reaguje na zmiany wartości temperatury powietrza w strefie oddziaływania dzięki temu lokalna zmiana tej wartości jest odbierana przez najbliższą jej jednostkę i system reaguje natychmiast, uruchamiając jedynie urządzenia dedykowane do danej strefy.

Rysunek 7 przedstawia zależność gradientu temperatury w zależności od krotności cyrkulacji powietrza w obiekcie. Jest to wskaźnik jednoznacznie wskazujący na zasadność stosowania destratyfikacji najlepiej w połączeniu z destratyfikującymi urządzeniami grzewczymi Winterwarm.
Autor: inż. Jacek Stępień, zastępca dyrektora handlowego w firmie Fiesta, www.winterwarmpolska.pl
Źródło: Systemy Instalacyjne nr 10/2007