Dołącz do czytelników
Brak wyników

Budownictwo wielkogabarytowe

4 stycznia 2019

NR 8 (Grudzień 2018)

Ogrzewanie kubaturowe a ogrzewanie strefowe

0 94

Niezbędnym elementem dla zachowania komfortu cieplnego osób przebywających w pomieszczeniach w okresach obniżonych temperatur są różnorodne systemy ogrzewania. W artykule przybliżone zostaną różne rozwiązania ogrzewania budynków kubaturowych, czyli takich o specyficznych wymaganiach grzewczych.

Jest wiele podziałów systemów ogrzewania – z uwagi na sposoby wytwarzania energii, sposoby dystrybucji czynnika oraz różnorodne elementy grzejne. Problemem nie jest zbudowanie instalacji, ale takie dobranie systemu grzewczego, aby w określonych warunkach i w zależności od kubatury budynku zapewnił komfort cieplny przy zachowaniu minimalnych kosztów jego eksploatacji. W budownictwie mieszkaniowym temat ogrzewania jest na tyle prosty, że zasadniczo ogranicza się do jednego sposobu ogrzewania pomieszczeń. Szerszym zagadnieniem jest ogrzewanie budynków kubaturowych i przemysłowych, gdzie niejednokrotnie wykorzystywanych jest kilka systemów ogrzewania, ściśle ze sobą współpracujących. Kluczowe jest rozwiązanie problemu z dostarczeniem ciepła i „zatrzymanie” go we wskazanym miejscu, np. miejscu przebywania ludzi. Wiele obiektów, w których nie da się wprowadzić standardowych rozwiązań, stanowi ogromne wyzwanie dla projektantów. Przykładem mogą być kościoły lub budynki zabytkowe, często bardzo wysokie, gdzie konieczne jest zatrzymanie ciepła w strefie przebywania ludzi a z drugiej strony zachowanie odpowiednich parametrów pracy instalacji, które nie będą wpływały na stan obiektu i koszty eksploatacji.

Rys. 1. Obieg powietrza w przypadku ogrzewania nagrzewnicą wentylatorową
Rys. 2. Miejsce montażu ogrzewacza listwowego

Promieniowanie

Promieniowanie to strumień cząstek lub fal wysyłanych przez ciało. Emisja energii odbywa się tu w postaci strumieni cząstek lub fal elektromagnetycznych. Przykładem promieniowania może być odczuwanie ciepła od ogniska czy od włączonej żarówki lub przekazywanie energii cieplnej przez Słońce na Ziemię.

Konwekcja

Inny sposób, konwekcja, polega na przenoszeniu ciepła w wyniku makroskopowego ruchu materii w gazie lub cieczy. Proces konwekcji występuje także w wyniku różnicy temperatur w materii. Przykładem może być powietrze, które – ogrzewając się od powierzchni grzejnika – zmienia gęstość, co powoduje jego unoszenie, a na jego miejsce wpływa chłodniejsze powietrze. Powoduje to w pomieszczeniu cyrkulację powietrza zwaną prądem konwekcyjnym, a samo zjawisko powstania tego prądu nazywane jest konwekcją. Możemy rozróżnić konwekcję swobodną, wywołaną polem grawitacyjnym, lub konwekcję wymuszoną, gdzie ruch cieczy lub gazu wywołany jest przez urządzenia (wentylatory, pompy).

Rys. 3. Ogrzewanie podłogowe – efekt cieplny

Przewodzenie

Z kolei przewodzenie ciepła polega na wymianie ciepła między ciałami o różnej temperaturze. Ciała te muszą być w bezpośrednim kontakcie ze sobą, by przekazywanie energii było skuteczne, a wymiana ciepła zachodzi w kierunku od czynnika o wyższej temperaturze do czynnika o temperaturze niższej. Trwa to do momentu wyrównania temperatur między ciałami.

Podstawowe wymogi systemu grzejnego

By system grzejny spełniał swoją funkcję, musi gwarantować natychmiastowe ciepło w danym miejscu i czasie oraz możliwość przełączania stref ogrzewania, a jednocześnie zapewniać minimalny wpływ ogrzewania na mikroklimat panujący w budynkach zabytkowych. Musi być trwały i niezawodny, nie może ingerować w konstrukcję budynku, mieć możliwość modernizacji i rozbudowy. Ważny jest też wymóg wszechstronnego zastosowania – do budynków zarówno już istniejących, jak i nowo budowanych – oraz energooszczędności i niskich kosztów eksploatacji. System nie może powodować dyskomfortu akustycznego, a stosowane urządzenia nie powinny szpecić wnętrza.

Podział systemów grzewczych w ogrzewaniu budynków kubaturowych

W ogrzewaniu budynków kubaturowych możemy rozróżnić dwa główne systemy ogrzewania:

  • Ogrzewanie kubaturowe:
    • ogrzewanie konwekcyjne – aparaty grzewczo-wentylacyjne,
    • ogrzewanie konwekcyjne – podłogowe: wodne, elektryczne,
    • ogrzewanie konwekcyjne – grzejniki;
  • Ogrzewanie strefowe:
    • wysokotemperaturowe promienniki podczerwieni,
    • maty grzejne,
    • ogrzewacze listwowe (thermo-line),
    • płyty promiennikowe podczerwieni niskotemperaturowe.

Biorąc pod uwagę zaprojektowanie ogrzewania w budynkach kubaturowych, pierwszą zasadniczą kwestią jest określenie przeznaczenia budynku i sposobu jego użytkowania. Jeśli dotyczy to obiektów typu galerie handlowe, temat jest o tyle prosty, że ogrzewany jest cały obiekt. Problemem może być jedynie dobranie właściwych instalacji dostosowanych do wymogów budynku i prowadzonej w nim działalności. Niejednokrotnie te instalacje stanowią kombinację różnych systemów grzewczych, które muszą ze sobą ściśle współpracować. Bardziej skomplikowanymi obiektami są hale produkcyjne, w których w wydzielonych strefach pracują ludzie. Oprócz odciągów usuwających brudne powietrze konieczne jest tu zapewnienie ciepła w strefach pracy. Wiele obszarów hal produkcyjnych nie wymaga specjalnego ogrzewania – poza miejscem przebywania ludzi. Najbardziej wymagającymi obiektami są obiekty zabytkowe i sakralne. Kłopot sprawia tu zazwyczaj taki dobór systemu grzewczego, by wtapiał się w klimat obiektu, był wydajny i ekonomiczny mimo często dużych, wysokich, otwartych kubatur. Zapewnienie ciepła w takim obiekcie jest także problematyczne ze względu na zmieniające się strefy przebywania osób oraz fakt, że są oni w bezruchu, więc stwarza to większe wymagania co do sposobu ogrzewania. Standardowym  prostym i często stosowanym rozwiązaniem w ogrzewaniu budynków kubaturowych jest montaż nagrzewnic wentylatorowych lub grzejników, a rzadziej stosowanym, szczególnie w budynkach istniejących – montaż ogrzewania podłogowego. Takie rozwiązanie – z uwagi na specyfikę budynków sakralnych, duże wysokości i niekiedy bardzo słabą termoizolację – jest mało efektywne i drogie w eksploatacji. Dobrym i często w ostatnich latach stosowanym rozwiązaniem jest ogrzewanie strefowe. Wykorzystując wysokotemperaturowe promienniki podczerwieni, maty grzejne i ogrzewacze listwowe jesteśmy w stanie szybko i precyzyjnie dostarczyć ciepło do poszczególnych sektorów przebywania ludzi, czyli tam, gdzie jest ono w danej chwili potrzebne. Przełączanie stref grzewczych także nie stanowi problemu i może być realizowane praktycznie natychmiast. Nagrzewanie i studzenie odbywa się na żądanie, nie ma długich okresów rozruchu instalacji, a przez to niwelujemy straty ciepła i tniemy koszty.

Rys. 4. Ogrzewanie poduszkami grzewczymi

Wytyczne ogrzewania kubaturowego

Ogrzewanie konwekcyjne – nagrzewnica wentylatorowa 
Często spotykanym sposobem ogrzewania obiektów kubaturowych jest wykorzystanie nagrzewnic wentylatorowych. Nadmuch powietrza odbywa się poprzez wentylator umieszczony w urządzeniu, a podgrzewane jest ono poprzez nagrzewnicę zasilaną czynnikiem wodnym z kotłowni lub elektrycznie. Często nagrzewnice wykorzystywane są cyklicznie i w warunkach zimowych, z uwagi na panujące mrozy, w przypadku zasilania wodnego instalacja mogłaby zamarznąć. Wtedy stosowane są nagrzewnice zasilane gazem, olejem opałowym lub energią elektryczną. Nagrzewnice wentylatorowe montowane są zazwyczaj na ścianach budynków na wysokości ok. 3–4 m lub pod sufitem, a strumień powietrza skierowany jest ku dołowi. Dobrze sprawdzają się w pomieszczeniach od 6 do 8 m wysokości. Przy obiektach wyższych strumień powietrza niejednokrotnie zaraz za nagrzewnicą unoszony jest w górę, aby mógł dotrzeć do strefy ogrzewanej, urządzenie musi pracować z maksymalną wydajnością – wtedy staje się głośne, a strumień powietrza może być zbyt silny i powodować dyskomfort termiczny u ludzi. O ile ciepłe powietrze chwilowo przepływa przez strefę przebywania ludzi, to cała jego kumulacja znajduje się niepotrzebnie pod sklepieniem. Aparaty grzewczo-wentylacyjne dość szybko potrafią nagrzać pomieszczenie, ale w przypadku budynków zabytkowych jest to niekorzystne z uwagi na nagłe zmiany wilgotności i mikroklimatu. Ponadto są to gabarytowo duże urządzenia i w przypadku zabytków ich estetyka pozostawia wiele do życzenia. Problematyczny jest także montaż aparatów w już istniejących obiektach. Nie zawsze jest możliwość poprowadzenia instalacji zasilającej urządzenia. Rozmieszczenie ich po całym pomieszczeniu wymaga poprowadzenia instalacji praktycznie wokół obiektu, a jeśli już musi być to zrobione, to prowadzona jest ona po wierzchu ścian, co zaburza wizerunek estetyczny wnętrza.

Ogrzewanie konwekcyjne podłogowe (elektryczne, wodne)
Rozróżniamy trzy podstawowe systemy ogrzewania podłogowego – powiewne, elektryczne oraz wodne. Źródłem ciepła w ogrzewaniu powiewnym jest og...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów.

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 wydań magazynu "Forum Nowoczesnego Budownictwa"
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych artykułów w wersji online
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy