logowanie

Grzejniki. Dobór grzejników w instalacjach niskotemperaturowych

Grzejniki niskotemperaturowe wykonane są w tej samej technologii, z tych samych materiałów oraz mają tę samą budowę co grzejniki przeznaczone do instalacji średnio- czy wysokotemperaturowych. Jedyną różnicą jest to, że pracują w systemach niskotemperaturowych, czyli w takich, w których czynnik grzewczy – najczęściej woda – przyjmuje niskie wartości temperatury.

Podział na parametry niskie, średnie czy wysokie jest nieostry − nie ma dokładnie określonej granicy, gdzie kończy się jeden zakres, a zaczyna następny. Podział jest bardziej umowny niż formalny. Ponadto zmienia się z upływem czasu, wraz z rozwojem technologii grzewczych. Np. jeszcze 20 lat temu najczęściej stosowanymi parametrami były wartości 90/70ºC − instalacje były projektowane pod kątem takich właśnie wytycznych i dla nich podawane były w katalogach moce grzejników. Najczęściej były to żeliwne grzejniki członowe. Parametry te nie były wówczas określane jako wysokie, natomiast dziś w przypadku nowo projektowanych instalacji nie występują już tak wysokie parametry.

Dlaczego i po co stosuje się grzejniki niskotemperaturowe?

Po pierwsze, założenie niskich parametrów pozwala na zastosowanie nowych źródeł energii. Chodzi głównie o pompy ciepła – w przypadku ogrzewania będą to przede wszystkim pompy gruntowe i wodne oraz kotły kondensacyjne. Można również wykorzystać instalacje solarne, jednak w naszym klimacie pracują one jako wspomagające, a nie jako główne źródło ciepła.
Po drugie, przyjęcie niższych parametrów ogrzewania dla ww. źródeł ciepła zapewnia ich wyższą efektywność. Dla kotłów kondensacyjnych będzie to wyższa sprawność – ηkotła, a dla pomp ciepła − wyższy współczynnik wykorzystania energii COP.

Rodzaje ogrzewania niskotemperaturowego

Jeśli chodzi o sposób regulacji, sposób prowadzenia przewodów czy zastosowane materiały, instalacje niskotemperaturowe nie różnią się niczym od tradycyjnych systemów grzewczych. Można je natomiast podzielić ze względu na trzy inne kryteria:
• źródło ciepła:
kocioł kondensacyjny – może to być kocioł gazowy, na gaz płynny (LPG) lub olejowy,
– pompa ciepła – wodna lub gruntowa; pompy powietrzne są w naszym klimacie wykorzystywane głównie do przygotowywania ciepłej wody,
– systemy solarne – również stosowane głównie do c.w.u.,
– średnio- lub wysokotemperaturowe źródło ciepła (np. kotły na paliwo stałe, sieć ciepłownicza lub inne) z wykorzystaniem podmieszania − temperatura obniżana jest albo przez zawór z termostatem i podmieszanie pompowe, albo przez sprzęgło hydrauliczne,
– inne – np. źródła geotermalne, ciepło odpadowe;
• połączenie źródła ciepła z instalacją:
– ogrzewanie bezpośrednie – w takim układzie źródło ciepła na bieżąco dopasowuje wydajność do aktualnego zapotrzebowania mocy,
– z możliwością magazynowania energii – urządzenie ma w miarę stałą wydajność, wyrównywanie wahań zapotrzebowania na ciepło następuje przez wykorzystanie bufora, który akumuluje energię w okresach niższego zapotrzebowania lub w przypadku nadwyżek, pochodzących z innych źródeł (np. solarów czy kominka wodnego);
• elementy grzejne, które oddają ciepło do pomieszczenia:
– ogrzewanie płaszczyznowe – podłogowe (najbardziej popularne), ścienne lub sufitowe,
– ogrzewanie grzejnikowe.

Dobór grzejników ogrzewania niskotemperaturowego

Podstawowym parametrem grzejnika jest jego wielkość. Przy czym nie chodzi o wymiary, ale o wydajność (moc) grzewczą. Aby ją poprawnie dobrać, należy zwrócić uwagę na dwa aspekty:
• zapotrzebowanie na ciepło, jakie ma być dostarczone do ogrzewanego pomieszczenia, np. 1000 W,
• parametry instalacji, czyli założone wartości temperatury zasilania i powrotu, np. 55/45ºC.
Istotne są tu dwie kwestie. Po pierwsze, wielkość grzejników często dobierana jest wskaźnikowo, tzn. proporcjonalnie do wielkości pomieszczenia. Stosuje się wtedy albo wskaźnik powierzchniowy (np. 70 W/m2), albo kubaturowy (np. 30 W/m3). Określa się go szacunkowo na podstawie całego zespołu cech obiektu: izolacyjności ścian, stopnia przeszklenia, kształtu budynku, liczby kondygnacji, strefy wietrzności itp. Oczywiście doświadczeni projektanci czy instalatorzy mogą z pewną dokładnością określić na podstawie charakterystyki budynku ww. wskaźnik, jednak jego wartość będzie uśredniona dla całego obiektu, co nie znaczy, że będzie poprawna dla każdego pomieszczenia. Opisana metoda doboru wielkości urządzenia nie jest więc precyzyjna. Moc potrzebna do ogrzania pomieszczeń nie zależy bezpośrednio od ich wielkości, tylko od dwóch innych parametrów: powierzchni przegród zewnętrznych (ścian, okien, stropu, dachu, podłogi) i ich izolacyjności (współczynnika przenikania ciepła U). Obliczone w ten sposób straty ciepła pozwalają poprawnie wyznaczyć wartość zapotrzebowania na energię.
Drugą kwestią są parametry instalacji. Zapis w normie dotyczącej grzejników PN-EN 442 zobowiązuje do podawania mocy grzejników przy konkretnych parametrach. Są to wielkości 75/65/20ºC. Wprowadzenie takiego zapisu miało na celu łatwe porównywanie urządzeń różnych producentów. Dzięki podawaniu wydajności przy tych samych warunkach pracy zostało wyeliminowane swoiste licytowanie producentów: kto poda dla danych wymiarów grzejnika jego większą moc, czyli moc dla wyższych parametrów. Wprowadzało to bowiem klientów w błąd.
Wyżej podane parametry (75/65ºC) nie zawsze jednak występują. Dlatego aby przeliczyć moc grzejnika pracującego przy innych niż określone w normie wartości temperatury zasilania i powrotu, należy skorzystać z następującej formuły:

Przykładowa tabela współczynników korekcyjnych Fot.: Purmo

Q = Qn (∆t/∆tn)n

gdzie:
Q – moc grzejnika,
Qn – moc grzejnika wg pomiarów zgodnie z PN-EN 442
n – wykładnik potęgowy ∆t – logarytmiczna różnica temperatury
∆tn – logarytmiczna różnica temperatury dla 75/65/20°C, przy czym różnica temperatury występująca w równaniu jest różnicą logarytmiczną obliczoną wg równania:

∆t = (tz − tp) / ln[(tz − ti)/(tp − ti)] [K] dla: tz/tp/ti = 75/65/20°C, ∆tn wynosi 49,833 K

gdzie:
tz – temperatura zasilania
tp – temperatura powrotu
ti – temperatura powietrza w ogrzewanym pomieszczeniu

Ponieważ równanie opisujące przeliczanie mocy jest dość skomplikowane, aby ułatwić obliczenia, opracowano gotowe tabele współczynników korekcyjnych.
Przy korzystaniu z tabeli możliwe są dwa działania:
1. – należy znaleźć grzejnik, który ma określoną moc dla danych parametrów (np. dla 55/45/20°C), moc tę (np. 1000 W) trzeba pomnożyć przez współczynnik podany w tabeli (1000 W x 1,96 = 1960 W), a następnie wyszukać w katalogu grzejnik o uzyskanej w wyniku obliczeń mocy dla parametrów 75/65/20°C,
2. – należy określić moc danego grzejnika dla zadanych parametrów instalacji − moc podaną w katalogu (dla parametrów 75/65/20°C) dzieli się przez odczytany z tabeli współczynnik, np. dla 55/45/20°C − 1,96.

Błędy

Najczęstszym błędem jest pominięcie wykonania projektu, czyli brak obliczenia zapotrzebowania na ciepło. Ocena szacunkowa jest nieprecyzyjna i może generować błędy, np.:
• niedoszacowanie, czego rezultatem jest dobranie zbyt małych grzejników – wymusza to podwyższenie nastawy temperatury, a w konsekwencji powoduje obniżenie efektywności źródła ciepła,
• przeszacowanie − grzejniki są za duże, a inwestor ponosi dodatkowe koszty przewymiarowanych urządzeń.
Poza określeniem mocy istotne jest, aby wykorzystując niskotemperaturowe źródła energii, właściwie określić parametry instalacji i zastosować prawidłową wartość współczynnika. Szacunki typu „należy moc grzejnika zwiększyć o 50%” albo „trzeba dobrać grzejniki 2 razy większe” nie są prawidłowe i również powodują błędy.

Aby prawidłowo określić wartość współczynnika korekcyjnego, należy pamiętać o dwóch kwestiach:
• w tablicach czasem podawany jest współczynnik, innym razem − jego odwrotność (np. nie 1,96 ale 1/1,96 = 0,51), wówczas, tak jak przedstawiono w poprzedniej części artykułu, zamiast moc dzielić przez współczynnik, należy ją pomnożyć lub odwrotnie, zamiast pomnożyć – podzielić,
• należy pamiętać, że tabela jest opracowywana dla konkretnej wartości wykładnika potęgowego n; najczęściej n = 1,3. Taka wartość jest typowa dla grzejników płytowych, konwektorowych, łazienkowych, pionowych, dekoracyjnych czy kolumnowych.
Natomiast kiedy urządzenie znacznie różni się od wymienionych, wartość ta również ulega zmianie. Np. dla grzejników kanałowych bez wentylatora wartość wykładnika jest wyższa (np. n = 1,4), a dla grzejników z wentylatorem − niższa (np. n = 1,1).
W przypadku korzystania z programów komputerowych wartości te są obliczane automatycznie.

Podsumowanie

Grzejniki pracujące w instalacjach niskotemperaturowych to te same urządzenia, które stosuje się w systemach średnio- czy wysokotemperaturowych.
Niskie parametry ogrzewania pozwalają na wykorzystanie nowych źródeł energii oraz zwiększają ich efektywność.
Gwarancją dobrze dobranego grzejnika jest właściwe określenie zapotrzebowania na ciepło i parametrów pracy instalacji oraz umiejętne skorzystanie z tabeli współczynników korekcyjnych.

Opracowanie: redakcja
Konsultacja: Rafał Różycki, Purmo


Więcej artykułów i porad dla profesjonalistów z branży instalacyjnej w nowym „Informatorze Instalacyjnym-murator” 2013

Źródło: Informator Instalacyjny-murator

Partnerzy serwisu

To dzięki tym firmom możemy realizować Wasze potrzeby i zainteresowania

border_left border_right