Kierunki rozwoju ogrzewnictwa

Systemy ogrzewania budynków mieszkalnych rozwijają się w kierunku zapewnienia warunków komfortu cieplnego przy możliwie niskim zużyciu energii. Ograniczenie zużycia energii jest możliwe dzięki podnoszeniu sprawności procesów i urządzeń. W ostatnim okresie zwrócono uwagę m.in. na zapewnienie odpowiednio wysokiej sprawności przesyłu ciepła poprzez odpowiednią izolację przewodów.

Korzystna zarówno z uwagi na poprawę komfortu cieplnego, jak i zmniejszenie strat ciepła od przewodów jest tendencja do obniżania temperatury czynnika. Ogrzewania, w których czynnik ma znacznie obniżoną temperaturę, określa się mianem ogrzewań niskotemperaturowych. Ogrzewania niskotemperaturowe Najczęściej występujące ogrzewania niskotemperaturowe to: ● ogrzewania płaszczyznowe: podłogowe, ścienne (rys.), sufitowe, ● ogrzewania powietrzne (nadmuch powietrza), ● płaszczyznowe ogrzewania powietrzne (połączenie ogrzewania płaszczyznowego z nadmuchem powietrza), ● ogrzewania konwekcyjne o obniżonej temperaturze. Ogrzewania niskotemperaturowe charakteryzują się zazwyczaj większym udziałem wymiany ciepła przez promieniowanie, a mniejszym na drodze konwekcji, w porównaniu do tradycyjnych ogrzewań konwekcyjnych. W związku z tym, ponieważ średnia temperatura powierzchni w pomieszczeniu (podłogi, sufitu, ścian) jest wyższa, temperatura powietrza może być obniżona o 1-2 K, przy zapewnieniu porównywalnego komfortu cieplnego. Niższa temperatura powietrza sprawia, że często ulegają redukcji straty ciepła przez przegrody (za wyjątkiem przegród zewnętrznych, w których zabudowane są wężownice grzejne). Jednocześnie, ponieważ powietrze wentylacyjne może być podgrzane do niższej temperatury, zapotrzebowanie na ciepło do wentylacji jest niższe o ok. 2–7%, przy zachowaniu strumienia powietrza wentylacyjnego.

Rys. Przykład grzejnika niskotemperaturowego- grzejnik ścienny.
Obniżenie temperatury w pomieszczeniu ma również istotny aspekt higieniczny, ponieważ przy temperaturze powietrza powyżej 22-24°C wzrasta znacząco ryzyko podrażnienia błony śluzowej. Ostatnio dostrzegany jest również problem jonizacji powietrza. W wyniku kontaktu powietrza z metalowymi powierzchniami grzejników, tworzy się przewaga jonów dodatnich nad ujemnymi. Przewaga ta jest przyczyną duszności oraz suchości dróg oddechowych ludzi przebywających w pomieszczeniach z metalowymi grzejnikami wysokotemperaturowymi. Z tego punktu widzenia korzystniejsze są systemy, w których powierzchnie grzejne mają niższą temperaturę i nie są wykonane z metalu (np. ogrzewanie podłogowe, ścienne). Ciepło dla ogrzewań niskotemperaturowych może być wytwarzane przez źródła alternatywne, takie jak pompa ciepła, kolektor słoneczny czy instalacja geotermalna. Przy niższych temperaturach charakteryzują się one wyższą sprawnością, co prowadzi do oszczędności energii. W tradycyjnych ogrzewaniach grzejnikowych obliczeniowa temperatura zasilania wynosiła najczęściej 90°C. Obecnie zazwyczaj projektanci przyjmują temperaturę zasilania w zakresie 70-80°C. Natomiast w systemach niskotemperaturowych z reguły nie przekracza ona 55°C. Izolacja przewodów Nowo wznoszone budynki charakteryzują się coraz mniejszym zapotrzebowaniem na ciepło, w związku z tym straty ciepła instalacji mogą mieć coraz większy udział procentowy w całkowitym zużyciu ciepła przez budynek. Dlatego bardzo ważne jest niedopuszczanie do powstawania nadmiernych strat ciepła na doprowadzeniu czynnika do grzejników. W tym celu przewody centralnego ogrzewania należy odpowiednio izolować cieplnie. Przewody te powinny być prowadzone w otulinach izolacyjnych. Natomiast, ułożenie przewodów w rurze osłonowej typu peszel nie stanowi wystarczającej izolacji. Niestety w ostatnim okresie istnieje tendencja do prowadzenia przewodów w posadzce w peszlu, z uwagi na jego kilkakrotnie niższą cenę w stosunku do otulin izolacyjnych. Jednak, jak wykazuje praktyka, szczelina powietrzna pomiędzy przewodem c.o. i rurą osłonowa nie zapewnia wystarczającej izolacji cieplnej. Fakt ten został potwierdzony przez badania doświadczalne i numeryczne przeprowadzone w Instytucie Ogrzewnictwa i Wentylacji Politechniki Warszawskiej. Podłoga, w której ułożone są przewody centralnego ogrzewania bez odpowiedniej izolacji, działa podobnie jak grzejnik podłogowy. Tzn. temperatura posadzki jest podwyższona i podłoga przekazuje do pomieszczenia pewien strumień ciepła. Podwyższenie temperatury podłogi może mieć charakter miejscowy, w postaci pasa cieplejszej podłogi nad rurami lub dotyczyć większej powierzchni, w pomieszczeniach, przez które przebiega duża ilość rur. Nierzadko zdarza się, że w przypadku lokalizacji rozdzielaczy na klatkach schodowych i prowadzenia przewodów w peszlu, temperatura powietrza na klatce schodowej znacznie przekracza 20°C. Taka sytuacja nie jest ani komfortowa dla ludzi (zbyt wysoka temperatura dla osób w okryciach zewnętrznych), ani korzystna ekonomicznie (za przegrzewanie klatki schodowej też trzeba płacić). Dlatego, jako standard, przewody prowadzone w podłodze należy układać w otulinie izolacyjnej (np. z pianki polietylenowej albo poliuretanowej). Natomiast peszel można dopuszczać tam, gdzie akceptuje się duże zyski ciepła od podłogi (specyficzne ogrzewanie podłogowo-konwekcyjne), a użyte materiały podłogowe mogą być stosowane w ogrzewaniu podłogowym (nie emitują szkodliwych substancji w podwyższonej temperaturze i nie ulegają odkształceniom). Konkretne rozwiązania szczegółowe ● Płaszczyznowe ogrzewanie powietrzne Interesującym rozwiązaniem jest zastosowanie w budynkach jednorodzinnych o niskim zużyciu energii płaszczyznowego ogrzewania powietrznego. System ten łączy ogrzewanie płaszczyznowe z nawiewem powietrza do ogrzewanego pomieszczenia. Powietrze o temperaturze ok. 25°C przepływa w zamkniętej przestrzeni sufitowej i podłogowej, gdzie oddaje część ciepła poprzez przenikanie, a następnie nawiewane jest do pomieszczenia (rys. 1).


● Grzejnik z nawiewem powietrza zewnętrznego Innym rozwiązaniem integrującym ogrzewanie z wentylacją jest urządzenie typu Ventplus lub Purmo Air. Jest to przystawka do grzejnika płytowego, umożliwiająca nawiewanie do pomieszczenia powietrza zewnętrznego. Powietrze przed dotarciem do przestrzeni pomieszczenia przepływa przez grzejnik płytowy, gdzie się ogrzewa. Urządzenie współpracuje z mechaniczną wentylacją wywiewną, wytwarzającą niewielkie podciśnienie (rzędu 10 Pa). W mieszkaniach przystawkę wentylacyjną umieszczamy w tych pomieszczeniach, w których nie ma kratek wywiewnych. Natomiast tam, gdzie znajdują się takie kratki (kuchnia, łazienka, toaleta), stosujemy same grzejniki bez przystawek. W ten sposób zapewniamy wentylację w całym mieszkaniu. Rozwiązanie to w prosty sposób umożliwia doprowadzanie powietrza wentylacyjnego do pomieszczeń. Warto je stosować zwłaszcza tam, gdzie w inny sposób może być trudno zapewnić odpowiednią ilość świeżego powietrza, np. w pomieszczeniach ze szczelnymi oknami czy w szkołach (duża ilość uczniów). Przy okazji warto zauważyć, że przystawka wentylacyjna – z uwagi na niską temperaturę powietrza zewnętrznego – zwiększa moc cieplną grzejnika w stosunku do wartości katalogowej, określonej zazwyczaj dla temperatury powietrza 20°C.


● Mieszkaniowy węzeł cieplny W ostatnim okresie obserwuje się tendencję do powrotu do ogrzewań mieszkaniowych, co ma w założeniu zapewnić pewną niezależność instalacji w poszczególnych mieszkaniach. Jednak instalowanie kotłów gazowych w każdym mieszkaniu jest rozwiązaniem drogim inwestycyjnie i kłopotliwym z uwagi na konieczność doprowadzenia instalacji gazowej, odpowiedniej wentylacji pomieszczenia, dostarczenia powietrza do spalania oraz odprowadzenia spalin. Natomiast systemy z kotłownia wbudowaną lub jednym węzłem cieplnym dla całego budynku i centralnym przygotowaniem c.w.u. wymagają prowadzenia w obrębie budynku aż pięciu przewodów. Interesującą alternatywą, zarówno wobec indywidualnych kotłów gazowych, jak i systemów z centralnym przygotowaniem c.w.u i czynnika grzewczego, może być zastosowanie mieszkaniowych węzłów cieplnych z wymiennikami ciepła (rys. 2). Węzły takie umożliwiają pomiar zużycia wody oraz ciepła na cele ogrzewania i przygotowania c.w.u. Węzły mieszkaniowe mogą być umieszczane w obrębie mieszkania lub na klatce schodowej, co umożliwia łatwy dostęp osobom zajmującym się eksploatacją budynku. Jednak należy zauważyć, że w budynku wielorodzinnym nigdy nie osiągniemy pełnej niezależności, takiej jak w budynku jednorodzinnym, chociażby z uwagi na przepływy ciepła między mieszkaniami (przez stropy i ściany). ● Zawory ze stabilizatorem różnicy ciśnienia Wahania ciśnienia utrudniają pracę zaworów regulacyjnych. Aby przeciwdziałać temu zjawisku, stosuje się m.in. stabilizatory różnicy ciśnienia. Interesującym rozwiązaniem są zawory regulacyjne z wbudowanym stabilizatorem ciśnienia. Zasada działania takiego zaworu została zobrazowana na rys. 3.


● Jednopunktowe przyłącza grzejników Kolejnym ciekawym rozwiązaniem, stosowanym od pewnego czasu, jest jednopunktowe podłączanie grzejników. W tym przypadku zasilanie i powrót podłączamy do tego samego otworu w grzejniku. Rozwiązanie takie możliwe jest dzięki specjalnym zaworom z wbudowaną rurką nurnikową. W tym przypadku woda zasilająca dopływa (jest niejako "wstrzykiwana") rurką wewnętrzną, a woda powracająca przepływa w przestrzeni międzyrurkowej lub odwrotnie. Jednopunktowe podłączenie grzejnika stosowane jest zwłaszcza w przypadku grzejników łazienkowych. Zabezpiecza ono przed błędem rozstawu podejść oraz umożliwia w przyszłości łatwiejsza wymianę grzejnika na grzejnik o innym rozstawie otworów przyłączeniowych. Podsumowanie Systemy ogrzewania budynków podlegają ciągłemu rozwojowi. Dzięki temu możliwe staje się zapewnienie coraz lepszych warunków komfortu cieplnego i warunków higienicznych przy możliwe niskich kosztach i zużyciu energii. Autor: Michał Strzeszewski Źródło: