poniedziałek, marzec 18, 2019

    Najnowsze wydanie


 PI 9_10/2018
Okładka 9 10

 

Grzejniki aluminiowe – fakty i mity Cz. 1. Zarys historyczny

74W cyklu artykułów omówiono tematykę stosowania aluminiowych grzejników członowych w wodnych instalacjach ogrzewczych, porównując ich cechy użytkowe z innymi typami grzejników i wskazując przewagi oraz ograniczenia. Omówiono także zagadnienie stosowania tego typu grzejników w instalacjach wykonanych z rur miedzianych, jako temat podnoszony często w praktyce i związany z pewnymi kontrowersjami oraz nieaktualnym stanem wiedzy. Pierwsza część cyklu przedstawia rys historyczny rozwoju techniki ogrzewczej i samych grzejników.

Idea ogrzewania miejsca przebywania człowieka jest tak stara, jak sam gatunek ludzki. Wraz z jego ewolucją i stopniową zamianą łowiecko-zbierackiego charakteru życia na hodowlano-uprawny, człowiek zaczął spędzać więcej czasu w jednym miejscu.

Sprzyjało to powstawianiu społeczeństw, a także powodowało potrzebę budowy solidnych miejsc zamieszkania, które nie były już porzucane w razie konieczności zmiany rejonu poszukiwania żywności. Dawało to także przyczynek do zwiększania komfortu życia w danym miejscu, czego naturalną konsekwencją było ogrzewania tych miejsc.
Najwcześniejszymi i najbardziej prymitywnymi sposobami, których nie można było jeszcze nazwać systemami ogrzewczymi, były otwarte paleniska ziemne, zastąpione w późniejszym czasie paleniskami zamkniętymi, które można było już uważać za tzw. kominki. Nie były to jednak jeszcze systemy ogrzewcze, a tym bardziej instalacje centralnego ogrzewania.
Idea instalacji ogrzewczej, jako autonomicznego systemu wyposażenia budynku przeznaczonego na pobyt ludzi, znana jest od tysiącleci. Tego typu rozwiązanie stosowane było już w starożytności i nosiło nazwę Hypocaustum. Doniesienia archeologiczne wskazują, iż tego typu instalacje pojawiły się już około 2000 lat p.n.e. [9]. Jednak na szeroką skalę zaczęto je stosować w starożytnej Grecji (ok. IV wieku p.n.e.) oraz w starożytnym Rzymie (około I wieku p.n.e.). Używane były przede wszystkim do ogrzewania obiektów publicznych, jak termy, łaźnie miejskie itp., ale także do ogrzewania domów mieszkalnych.


Idea instalacji ogrzewczej, jako autonomicznego systemu wyposażenia budynku przeznaczonego na pobyt ludzi, znana jest od tysiącleci

Hypocaustum był systemem płaszczyznowego ogrzewania powietrznego. W jednym z pomieszczeń na najniższej, często podziemnej kondygnacji, umieszczony był piec podgrzewający powietrze, które następnie rozprowadzane było siecią kanałów pod posadzką kondygnacji leżącej wyżej, a czasem także w ścianach. Przykłady takiego rozwiązania zobrazowano na rysunku 1.

75
Pewna odmiana tego rozwiązania zastosowana była również w zamku w Malborku. Różnica polegała na tym, że oprócz podgrzewania podłogi i ścian przez spaliny i powietrze, ciepło akumulowane było w kamieniach umieszczonych w dodatkowej komorze akumulacyjnej nad piecem i podgrzewało powietrze, wprowadzane następnie do pomieszczeń otworami w posadzce. Rozwiązanie to zobrazowano na rysunku 2.
Przez kolejne wieki, po upadku starożytnych cywilizacji, nie nastąpił szczególny rozwój techniki systemów ogrzewczych. Wymienione wcześniej urządzenia w zasadzie w niezmienionej formie używane były przez wiele kolejnych epok, z czego najszersze zastosowanie znalazły kominki.
Za przełomowy w technice ogrzewania pomieszczeń można uważać wiek XVIII. Wówczas zwrócono uwagę na wodę, jako czynnik pośredniczący w wymianie ciepła między miejscem jego wytwarzania, a miejscem oddawania. Woda, podobnie jak powietrze, jest substancją powszechnie dostępną, niepalną i nietoksyczną, dzięki czemu stała się bardzo popularnym nośnikiem ciepła, a także czynnikiem roboczym w maszynach przepływowych (np. turbinach parowych). Woda, jako czynnik pośredniczący, ma szereg przewag nad powietrzem. Posiada ponad czterokrotnie wyższą wartości ciepła właściwego, co oznacza, że w danej jednostce masy może przetransportować 4 razy więcej energii. Ponadto, posiada ponad ośmiosetkrotnie (przy ciśnieniu atmosferycznym) większą gęstość. Połączenie tych dwóch czynników sprawia, że w danej jednostce objętości woda może przetransportować ponad 3000 razy więcej energii, niż powietrze.

76


Woda, jako czynnik pośredniczący, ma szereg przewag nad powietrzem. Posiada ponad czterokrotnie wyższą wartości ciepła właściwego, co oznacza, że w danej jednostce masy może przetransportować 4 razy więcej energii

Przepływ wody charakteryzuje również wielokrotnie większy współczynnik wnikania ciepła, niż w przypadku przepływu powietrza. Dzięki temu, w porównaniu z powietrzem, można stosować znacznie mniejsze temperatury i prędkości przepływu.
Ideę wodnej instalacji ogrzewczej poprzedziły instalacje ciepłej wody użytkowej. Pierwszy taki system oddano do użytku w Pałacu Letnim w Sankt-Petersburgu (1710-1714 r.). Zainstalowany był tam centralny zbiornik gorącej wody oraz system porcelanowych, bogato zdobionych rur rozprowadzających wodę do pomieszczeń. W kolejnych latach w szybkim tempie zaczęły powstawać podobne systemy w innych krajach.
77Różne źródła historyczne podają różne daty i różnych autorów danych rozwiązań z zakresu techniki ogrzewczej. Najpewniej jednak wodne systemy ogrzewcze implementowane były najpierw w szklarniach. W 1716 roku, szwedzki inżynier, Mårten Triewald, zastosował taki system w szklarni w mieście Newcastle. Przez wiele lat jednak uważano takie rozwiązania za mało praktyczne. Ówcześni specjaliści z zakresu budownictwa i ogrzewnictwa nie wykazywali zainteresowania tą technologią.
Pamiętać bowiem należy, że nie istniały wówczas pompy elektryczne i przepływ wody w instalacji mógł się odbywać jedynie grawitacyjnie. Instalacje grawitacyjne natomiast, do prawidłowej pracy, narzucają szereg wymogów i ograniczeń, których wówczas dobrze nie znano. 
Za wynalazcę otwartego systemu ogrzewania wodnego uważa się francuskiego inżyniera, Bonnemaina, który w 1777 roku zaprezentował francuskiej akademii urządzenie wodne do ogrzewania inkubatorów. W 1819 roku markiz De Chabannes opublikował pracę, w której opisywał zastosowanie wodnej instalacji ogrzewczej w londyńskich mieszkaniach. Według Feldhausa, w 1812 roku zbudowano w Sankt-Petersburgu pierwsze ogrzewanie wodne w budynku mieszkalnym [6, 7].79
W tym czasie pojawiały się również rozwiązania oparte na parze wodnej w roli czynnika pośredniczącego. W 1832 roku amerykański inżynier Angier March Perkinsa uruchomił w Anglii zaprojektowaną przez siebie, pierwszą parową instalację ogrzewczą, którą opatentował. System ten zyskał dużą popularność i stosowany był głównie w fabrykach i kościołach w Anglii. Przewaga grawitacyjnej instalacji parowej nad cieczową (popularnie nazywaną wodną) polega na tym, że przepływ jest wymuszony ciśnieniem panującym w kotle przy procesie parowania. Wadą są m.in. wysokie temperatury pracy, duża awaryjność i zagrożenie dla człowieka (w tamtych czasach), a także konieczność instalowania urządzeń odwadniających i odprowadzających kondensat. Układy pompowe zaczęły się rozwijać na szerszą skalę w latach '70 XIX wieku, kiedy przemysł zaczął dostarczać pierwsze pompy elektryczne nadające się do użycia w instalacjach ogrzewczych.
W 1855 roku Franz San Galli, naukowiec polskiego pochodzenia (Szczecin – tereny będące wówczas pod zaborem pruskim) po zamieszkaniu w Sankt-Petersburgu, wynalazł urządzenie będące pierwotną wersją dzisiaj rozpowszechnionego grzejnika, na które uzyskał patent. Było to urządzenie przystosowane do pracy w parowej instalacji grzewczej. Pierwotną nazwą, nadaną przez wynalazcę, była gorąca skrzynka, sprzedawana pod rosyjską nazwą batarieja, która do dziś funkcjonuje w języku rosyjskim jako synonim grzejnika. Urządzenie to, przy pewnych zmianach, przetrwało do naszych czasów i jeszcze w drugiej połowie XX wieku było najbardziej popularnym typem grzejnika, mianowicie żeliwnym grzejnikiem członowym.
W 1862 roku w Stanach Zjednoczonych spółka Nason, Perkins and Briggs opatentowała grzejnik parowy. Popularniejsze stało się jednak urządzenie o nazwie Bundy Loop, opracowane w roku 1872 przez Nelsona H. Bundy'iego. Nazwa pochodziła od budowy urządzenia, które, w żeliwnym korpusie wywiercone miało kanały tworzące pętle.
Widok tego urządzenia prezentuje rysunek 3b.
W drugiej połowie i pod koniec XIX wieku powstało szereg przedsiębiorstw zajmujących się produkcją grzejników do instalacji ogrzewczych, a także innymi elementami wyposażenia. Wiodącym przedsiębiorstwem w tamtych latach było American Radiators Co. Na przełomie XIX i XX wieku posiadało już biura i sklepy w krajach Europy, a także uruchamiało zakłady produkcyjne na jej terenie. Widok jednego z produkowanych przez tę firmę urządzeń, z roku 1905, przedstawia rysunek 3a. Znanym europejskim producentem urządzeń i elementów do instalacji ogrzewczych było przedsiębiorstwo Beeston Boiler Co z Notts w Wielkiej Brytanii. Rysunek 3c przedstawia widok
jednego z oferowanych przez tę firmę grzejników, z katalogu z 1932 roku.
Produkowano również grzejniki ozdobne, w formie zdobionych rur poziomych, pierścieni imitujących wieloczłonowe kolumny betonowe, zdobione kratownice itp. Dużo tego typu okazów można znaleźć w kościołach i obiektach zabytkowych. Przykłady takich grzejników prezentuje rysunek 4.
Równolegle z rozwojem techniki produkcji grzejników i urządzeń do instalacji ogrzewczych przebiegał rozwój teorii pracy i sterowania tych instalacji. Anglik Charles Hood był pierwszym, który zajął się tą problematyką [6, 7].


Równolegle z rozwojem techniki produkcji grzejników i urządzeń do instalacji ogrzewczych przebiegał rozwój teorii pracy i sterowania tych instalacji

W 1837 roku opublikował pracę na ten temat, w której między innymi stwierdzał, że prędkość przepływu wody w rurach jest proporcjonalna do pierwiastka kwadratowego z różnic wysokości zładu, a więc różnicy ciśnień. Najprawdopodobniej też ten naukowiec wprowadził opory tarcia wody płynącej w rurach do obliczeń hydraulicznych. Rozważania te jednak miały podstawy czysto empiryczne.80
Opracowanie podstaw teoretycznych pracy i obliczeń hydraulicznych systemów ogrzewczych zawdzięcza się niemieckiemu naukowcowi, Hermanowi Rietschelowi, a także jego uczniom, m.in. Tichelmannowi, Recknagelowi, Wierzowi, Birlo, Missenardowi, Weberowi i innym [6, 7]. Zajmowali się oni przede wszystkim instalacjami z naturalnym (grawitacyjnym) obiegiem wody.

Literatura:
[1] Muniak D.: Armatura regulacyjna w wodnych instalacjach grzewczych. Typy, konstrukcje, charakterystyki, zastosowania. PWN, Warszawa 2016.
[2] Muniak D.: Grzejniki w wodnych instalacjach grzewczych. Konstrukcja, dobór i charakterystyki cieplne. WNT/PWN, Warszawa 2016.
[3] Muniak D.: Radiators in hydronic heating installations. Structure, selection and thermal characteristics. Springer. Switzerland 2017.
[4] Polska Norma PN-C-04607:1993: Woda w instalacjach ogrzewania – Wymagania i badania dotyczące jakości wody.
[5] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 roku w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, Dz.U.02.75.690 z późniejszymi zmianami.
[6] Weber A.P.: Centralne ogrzewania wodne. Obliczanie i konstrukcja. Arkady. Warszawa 1975.
[7] Weber A.P.: Die Warmwasserheizung. Beiträge zur Berechnung und Kontruktion. R. Oldenbourg. München 1970.
[8] http://bungalow-rescue.blogspot.com/2013/02/those-were-good-old-days-traditional.html  
[9] http://pl.wikipedia.org/wiki/Hypocaustum 
[10] http://sosnowieclokalnie.pl/ogloszenie/grzejnik_kaloryfer_aluminiowy_kety_kolor_zloty,2806.html  
[11] http://www.chemia.odlew.agh.edu.pl/dydaktyka/Dokumenty/ChO_WO/Niestacjonarne/szereg_zao.pdf
[12] http://www.hevac-heritage.org/equipment/unusual_heaters/unusual_heaters.html 
[13] http://www.reclaimedradiators.co.uk/hx.html 
[14] http://www.zamek.malbork.pl 
[15] https://pl.wikipedia.org/wiki/Szereg_napi%C4%99ciowy_metali 
[16] www.kfa.pl 
[17] www.purmo.pl 



Autor: Damian Muniak 

homeWyszukiwarka

homeTagi

homeWydarzenia

UWAGA! Ten serwis używa cookies i podobnych technologii.

Brak zmiany ustawienia przeglądarki oznacza zgodę na to. Czytaj więcej…

Zrozumiałem