poniedziałek, marzec 25, 2019

    Najnowsze wydanie


 PI 9_10/2018
Okładka 9 10

 

Grzejniki aluminiowe – fakty i mity Cz. 3. Zalety grzejników aluminiowych

42W artykule omówiono tematykę stosowania aluminiowych grzejników członowych w wodnych instalacjach grzewczych, 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. Trzecia część cyklu dotyczyć będzie zalet grzejników aluminiowych.

Aluminiowe grzejniki członowe – zalety dla użytkowników, fakty
Jak opisano wcześniej, członowe grzejniki aluminiowe cechuje wiele zalet. Cechy te są istotne zarówno z punktu widzenia wygody kompletacji urządzeń i instalacji grzewczej w trakcie budowy, jak i zapewnienia komfortu cieplnego w ogrzewanym pomieszczeniu oraz kosztów pracy instalacji.

Wszystkie te cechy przekładają się na zalety w całym procesie projektowo-wykonawczo-eksploatacyjnym instalacji. Trzeba bowiem pamiętać, że użytkownik końcowy cieszy się wybranymi cechami tego typu grzejników, do reszty z nich nie przykładając wagi. Te jednak istotne są dla instalatorów i inwestorów. Cechy te scharakteryzować można następująco:

43Mała masa
Cecha ta daje możliwość przewiezienia większej mocy instalowanej w jednym załadunku, niż w przypadku stalowych grzejników płytowych, płytowo-konwektorowych, czy też członowych grzejników żeliwnych. Redukuje się dzięki temu zużycie paliwa i energii, obniżając koszty transportu, a także przyczyniając się do mniejszego obciążenia środowiska naturalnego. Ta cecha istotna jest z punktu widzenia inwestora, który musi ponieść koszty nie tylko zakupu urządzeń, ale także dostarczenia ich na miejsce budowy.
Mała masa daje też korzyść dla instalatorów, którzy montują grzejniki. Dla wielu z nas znane są obrazki z życia wziete, na których dwóch panów ledwo niesie wcale nie największych rozmiarów grzejnik żeliwny, niepewnie przestępując z nogi na nogę. W przypadku grzejników stalowych także często potrzebne są dwie osoby, zwłaszcza jeśli chodzi o montaż urządzenia na ścianie. Grzejnik aluminiowy o tej samej mocy można przenieść w pojedynkę i także w pojedynkę zamontować. Skraca to czas montażu i potrzebne zasoby ludzkie, czyli – koniec końców – redukuje koszty inwestycyjne.
Jednostkowe moce cieplne aluminiowych grzejników członowych sięgają wartości 90 W/kg masy grzejnika (bez wody) i wyższych [16], podczas gdy dla stalowych grzejników płytowych i płytowo-konwektorowych są to najczęściej wartości rzędu 48÷55 W/kg [17], czyli około dwukrotnie mniejsze. W przypadku żeliwnych grzejników członowych są to wartości rzędu 20÷25 W/kg. Ponadto niska masa daje możliwość montażu grzejników na lekkich ścianach działowych i ścianach gipsowo-kartonowych, które nierzadko są zbyt słabe na montaż stalowych grzejników płytowych, a tym bardziej grzejników żeliwnych.

Duża przewodność cieplna i mała gęstość aluminium
Dzięki tej właściwości grzejniki aluminiowe charakteryzuje mała bezwładność cieplna, a więc krótki czas nagrzewania i stygnięcia. Przekłada się to na wyższe parametry komfortu cieplnego i niższe koszty eksploatacyjne instalacji. 
W instalacjach wyposażonych w stalowe grzejniki płytowe, płytowo-konwektorowe, członowe grzejniki żeliwne, czy grzejniki podłogowe często występuje efekt znaczących wahań temperatury w pomieszczeniu przy szybkozmiennych warunkach pogodowych na zewnątrz. Bierze się to stąd, że grzejniki takie, ciężkie i o znaczącej pojemności wodnej, nie są w stanie szybko reagować na sygnały sterujące z termoregulatorów (np. grzejnikowych głowic termostatycznych). Jeśli np. pojawią się nagłe zyski ciepła od nasłoneczniania i termoregulator grzejnikowy zareaguje, redukując przepływ wody przez grzejnik, ten odpowie ze znacznym opóźnieniem, niwecząc efekt pracy termoregulatora i marnotrawiąc energię, a tym samym generując dodatkowe koszty. Stosowanie aluminiowych grzejników członowych pozwala zminimalizować ten efekt, lepiej wykorzystując potencjał instalacji i termoregulatorów. Dodatkowo redukuje się dzięki temu koszty pracy instalacji, gdyż zmniejsza się ilość ewentualnych czasookresów, w których pomieszczenie jest niepotrzebnie przegrzewane, bądź niedogrzane.
Poglądowo czasowe przebiegi nagrzewania prezentuje rysunek 1.
Czasem, zwłaszcza przez starszych instalatorów, podnoszony jest argument, iż grzejniki żeliwne długo „trzymają" ciepło i że właśnie dlatego są dobre. Nic bardziej mylnego. Bardzo duża bezwładność cieplna, skutkująca efektem wolnego stygnięcia, skutkuje też wolnym nagrzewaniem się. Jeśli nie przekonuje nas argument o tym, że taka cecha uniemożliwia efektywną współpracę z termoregulatorami, szybkie dostosowywanie temperatury w pomieszczeniu do wartości wymaganej i wpływa negatywnie na parametry komfortu cieplnego w danym pomieszczeniu, to wyobraźmy sobie inną sytuację, dla porównania: jedziemy samochodem, chcemy wyprzedzić inny pojazd, wciskamy pedał gazu, a tu nic... samochód nie przyspiesza, bo np. układ napędowy charakteryzuje się dużą bezwładnością i reaguje na sygnał sterujący – wciśnięty pedał gazu – z opóźnieniem. Im większe opóźnienie, tym gorzej, bo w międzyczasie podobnych zmian moglibyśmy chcieć dokonać wiele i gdy np. my akurat chcemy już zacząć zwalniać, to samochód właśnie zaczyna przyspieszać, dopiero teraz reagując na pedał gazu wciśnięty chwilę temu. Podobnie będzie w przypadku działania grzejnika. Może on nagrzać się dopiero wtedy, gdy akurat będziemy chcieli, żeby zaczął stygnąć.
Jeszcze korzystniejsze właściwości pod tym względem mają konwektory. Jednak ich bardzo negatywną cechą jest to, że z zasady występuje w nich maksymalizacja przekazywania ciepła na drodze konwekcji, a minimalizacja udziału promieniowania, co pogarsza zarówno warunki komfortu cieplnego w pomieszczeniu (człowiek lepiej czuje się odbierając ciepło przez promieniowanie), jak i warunki higieniczne, generując wzmożone unoszenie kurzu.

Konstrukcja członowa
Dzięki rozłącznej, członowej konstrukcji grzejników aluminiowych można dokładnie dobrać ilość członów i moc grzejnika do danego pomieszczenia. Ponadto, w razie konieczności zmiany mocy grzejnika, dokonać można tego w prosty sposób, po prostu odejmując, bądź dodając wymaganą ilość członów. Taka sytuacja pojawią się w praktyce dość często. Na przykład w sytuacji docieplenia budynku maleje jego zapotrzebowanie na moc cieplną i maleje wymagana wielkość grzejników. Może się także zdarzyć, że projektant dobrał zbyt małą ilość członów grzejnika i w pomieszczeniu jest za zimno. W obu przypadkach wystarczy zmienić ilość członów, w prosty sposób odejmując, bądź dodając je. Nie trzeba kupować nowego grzejnika i wyrzucać dotychczasowego. W przypadku grzejników płytowych, płytowo-konwektorowych i podłogowych jest to niemożliwe.
W tym przypadku również czasem podnoszony jest argument, iż możliwość swobodnej zmiany wielkości grzejnika i jego mocy cieplnej poprzez zmianę ilości członów jest zbędna, bo wystarczy zmienić temperaturę zasilania instalacji, zmienić nastawy zaworów, bądź wysokość podnoszenia pompy obiegowej. Taka argumentacja niekoniecznie jest prawidłowa. Dokonać wymienionych zmian oczywiście można, ale czy da to pożądany efekt i – co również ważne – nie pociągnie za sobą problemów?
Zmiana temperatury zasilania instalacji w naturalny sposób wpływa na moc cieplną grzejników. Problem w tym, że źródło ciepła, np. kocioł, dobierany jest (a przynajmniej dobierany być powinien, jeśli mowa o faktycznym projekcie instalacji, a nie swego rodzaju samowolce instalacyjnoprojektowej) na określone parametry projektowe, w tym temperatury wody – zasilanie i powrót. Zwiększając temperaturę zasilania, zwiększamy też temperaturę powrotu, a tym samym także temperaturę spalin wylotowych. Jeśli źródłem ciepła jest np. gazowy kocioł kondensacyjny, to jest to działanie bardzo niepożądane, bo zmniejsza sprawność kotła, ograniczając, lub całkowicie wstrzymując kondensację pary wodnej ze spalin. Użytkujemy wówczas zatem urządzenie, które jest drogie, nie wykorzystując jego zalet. Podobna sytuacja występuje w alternatywnym wariancie, tj. chęci obniżenia temperatury zasilania. Jeśli kocioł nie jest kotłem kondensacyjnym, a np. „zwykłym" kotłem stałopalnym, to niepożądane jest obniżanie temperatury spalin, gdyż prowadzić to może do kondensacji pary wodnej ze spalin. Ta w połączeniu z siarką zawartą w spalinach (w paliwie stałym udział siarki jest często znaczący, w gazie praktycznie jej nie ma) tworzy kwas siarkowy i niszczy komin oraz wymiennik ciepła kotła. Temperaturę zasilania można zatem zmieniać, ale często w mocno ograniczonym zakresie.
Jeśli zatem nie zmiana temperatury, to może zmiana dławienia na zaworach regulacyjnych? Owszem, da to efekt, ale znowuż – wygeneruje dodatkowe problemy, np. w postaci szumów. Poza tym jest to działanie skutkujące marnotrawstwem energii, a więc generujące niepotrzebne koszty
eksploatacyjne. Po co bowiem pompa ma wytwarzać ciśnienie wyższe, niż wymagane i pobierać niepotrzebnie dodatkową moc do pompowania, skoro ciśnienie to jest później i tak dławione na zaworach do wymaganej wartości? Dochodzimy więc do trzeciej metody – zmiany wysokości podnoszenia pompy. Niestety – również to działanie ma ograniczenia. Pompa, podobnie jak inne urządzenia dobrana jest (powinna być) na warunki projektowe. Dla tych warunków charakteryzuje się określoną sprawnością. Wraz ze zmianą prędkości obrotowej wirnika, a tym samym zmianą wysokości podnoszenia, każdorazowo zmienia się sprawność pompy. Jej maksimum występuje dla jednego określonego punktu pracy. Przy zmniejszaniu, bądź zwiększaniu wysokości podnoszenia, sprawność maleje. Pompa coraz mniejszą ilość energii zamienia na energię użyteczną,
przekazywaną do instalacji, a coraz większa jej część jest tracona, generując koszty. Ktoś może jednak powiedzieć, że przy niedużych zmianach wysokości podnoszenia pompy zmiany w sprawności również nie będą duże. Zgadza się – problem w tym, że wymagane zmiany wysokości podnoszenia będą musiałyby być duże. Zmiana bowiem wysokości podnoszenia jest związana silnie nieliniową zależnością ze zmianą mocy grzejnika i często w praktyce, aby uzyskać nawet tylko kilkuprocentową zmianę mocy grzejnika, konieczna jest zmiana wysokości podnoszenia o kilkadziesiąt procent i więcej [1, 2, 3]. Sprawność zatem pompy w takim przypadku znacząco spadnie. W tej sytuacji najkorzystniejszym rozwiązaniem jest zmiana pompy na model o odpowiedniej wysokości podnoszenia, dopasowanej do wymaganych parametrów pracy instalacji. Dotyczy to także regulowanych pomp, tzw. „elektronicznych", z falownikami.

44
Mała pojemność wodna
Każdorazowo woda, którą napełniana jest instalacja grzewcza, powinna być odpowiednio przygotowana i posiadać odpowiednią jakość, zgodną z Polskimi Normami (np. [4]). Mała ilość wymaganej w instalacji wody to zarówno niskie koszty jej przygotowania, jak i niskie koszty napełnienia instalacji.
Obecnie coraz częstszą praktyką jest dodawanie środków przecizamrożeniowych do wody w instalacji (preparatów opartych na glikolach, głównie glikolu propylenowym i etylenowym). Mniejsza pojemność wodna instalacji to mniejsza ilość wymaganego środka i niższe koszty.
Rysunek 2. prezentuje poglądowo różnice w jednostkowej pojemności wodnej różnych typów grzejników o porównywalnej samej mocy.

45Odpowiednio wyprofilowane kanały powietrzne grzejnika
W przypadku grzejników stalowych (płytowych, płytowokonwektorowych, konwektorowych) kanały powietrzne utworzone przez płyty i/lub blachy ożebrowań mają orientację wertykalną. Kierują więc powietrze ku górze. Podobnie jest w przypadku żeliwnych grzejników członowych. W przypadku aluminiowych grzejników członowych, dzięki temu, że ich produkcja polega na odlewaniu i wykorzystywany jest w tym celu dobrze poddający się odlewaniu materiał, możliwe jest w zasadzie dowolne kształtowanie elementów. Powszechnie zatem stosuje się rozwiązanie z kanałami powietrza w postaci kierownic, z wylotem skierowanym ku górze oraz w stronę pomieszczenia (rys. 3). Rozwiązanie takie daje lepsze rozprowadzenie ogrzanego powietrza, niż w typowych stalowych grzejnikach płytowych i płytowo-konwektorowych. Powietrze wylatuje zarówno ku górze, ogrzewając napływające przez nieszczelności okienne, zimne powietrze zewnętrzne, jak i do przodu, dostarczając ciepłe powietrze bezpośrednio do strefy przebywania domowników.

***

W ostatniej części serii, którą zamieścimy w kolejnym numerze, zostanie przedstawione porównanie grzejnika aluminiowego z „podłogówką" – zapraszamy do lektury.

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-olddays-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