„Jak jest zima, to musi być zimno, takie jest odwieczne prawo natury.” – Słowa te znają zapewne koneserzy kina, pochodzą wszak z kultowego polskiego filmu. Ale, czy jak jest zima, to grzejnik też może być zimny? Pytanie nieco podchwytliwe, bo logiczną odpowiedzią jest, że nie, gdyż grzejnik jest po to, aby w zimie grzał, czyli był ciepły. A jednak – tak, może być zimny! I to nie tylko w przypadku nieprawidłowego działania.

W tym artykule opiszę zatem niektóre sytuacje, w których grzejnik może nie grzać całą swoją powierzchnią, czy wręcz cały być zimny i wytłumaczę, dlaczego tak się dzieje i dlaczego niekoniecznie musi to oznaczać awarię.

Zapowietrzenie
Powietrze słusznie uważa się za niepożądanego gościa w instalacji i zazwyczaj jest ono pierwszym „podejrzanym” przy problemach z temperaturą grzejnika. Generalnie sprawia ono same kłopoty, zarówno z uwagi na to, że w pewnej ilości jest rozpuszczone w wodzie, jak i dlatego, że występuje jako gaz nierozpuszczony, w postaci bąbelków. W pierwszym przypadku sprzyja zachodzeniu pewnych procesów chemicznych i elektrochemicznych, co może prowadzić m.in. do uszkodzeń elementów instalacji, spadku jej efektywności i wzrostu kosztów eksploatacyjnych. W drugim przypadku zasadniczo czynić może podobne szkody, ale efekty są widoczne od razu, w czasie rzeczywistym, a jednym z nich jest właśnie nieprawidłowe działanie grzejnika.

Jak dochodzi do zapowietrzenia grzejnika? Powietrze może dostawać się do instalacji:

• z atmosfery, np. przez rury bez bariery dyfuzyjnej,
• przez zawory odpowietrzające i/lub odpowietrzająconapowietrzające,
• w efekcie nieprawidłowo prowadzonego procesu napełniania instalacji czy przez inne nieszczelności (pomijam tutaj instalacje z otwartymi naczyniami wzbiorczymi, których z zasady nie powinno się stosować).

Ponadto, w wyniku reakcji chemicznych, powstawać mogą w instalacji inne gazy, które też mogą „zapowietrzać” grzejniki.

Powietrze ma gęstość mniejszą od wody, więc jest przez nią wypierane i wędruje ku górze, do najwyższych punktów instalacji. Warto sobie uświadomić, że najwyższy punkt instalacji to nie tylko ten położony najwyżej w całym układzie, wyznaczony globalnie, tj. np. zawór odpowietrzający zamontowany na szczycie rury zasilającej rozprowadzającej czynnik. Najwyższy punkt instalacji może również występować lokalnie, np. właśnie w grzejniku. Obrazuje to rys. 1.

Jeśli powietrze biegnie pionem rozprowadzającym do góry albo płynie w rurach od rozdzielacza i wpłynie do działki grzejnikowej, to po wypłynięciu z niej wpływa do grzejnika i dalej chce płynąć ku górze. Problem w tym, że nie ma już gdzie, bo to jest lokalnie najwyższy punkt, a samo zawrócić nie może (ew. może zostać porwane przez strumień wody). Tworzy się zatem strefa powietrza, która wypiera z tej objętości wodę, powodując zapowietrzenie grzejnika. Jeśli do danej strefy nie dociera woda, to wychładza się ona, bo powietrze jest bardzo słabym przewodnikiem ciepła.

Objawy i rozwiązanie. Zwykle powietrze zbiera się od końca grzejnika, więc łatwo można zdiagnozować fakt zapowietrzenia – do pewnej długości grzejnik jest ciepły, a od pewnej długości zimny. Od tego miejsca jest on zapowietrzony.

No dobrze, ale czy jeśli od pewnej długości jest zimny, to znaczy, że zimny jest na całej wysokości, czy może np. do połowy – dolna część jest ciepła, a górna zimna, albo na odwrót? Ten przypadek jest ciekawy, bo nie jest oczywisty. Skoro woda zasilająca rozprowadzana jest górną częścią grzejnika, a powietrze zatyka dopływ wody od pewnej długości, to od tego miejsca i górna i dolna część grzejnika powinny być zimne. I takie sytuacje oczywiście występują – skoro woda w danej części nie płynie, to część ta jest zimna na całej wysokości. Są jednak również odmienne sytuacje. Mamy przypadki, w których górna część w zapowietrzonym obszarze grzejnika jest ciepła, a dolna zimna – z uwagi na blokowanie przez powietrze przepływu czynnika w dół (patrz następny punkt). Mamy też sytuacje, w których jest na odwrót – górna część grzejnika w zapowietrzonym obszarze jest zimna, a dolna ciepła. Jak to możliwe? – Oczywiście, możliwe jest to tylko wtedy, gdy woda jednak przepływa w dół – wówczas płynie bardzo małym strumieniem, niejako przeciskając się pomiędzy bąbelkami powietrza. Słychać wtedy bulgotanie w grzejniku, przelewanie się wody, a nie jednostajny przepływ. W górnej części grzejnika, np. w jego górnej połowie, bąbelki powietrza blokują przekazywanie ciepła od wody do ścianki grzejnika, ale w dolnej części już ich nie ma i woda może bezpośrednio stykać się ze ścianką, nagrzewając ją.

! Niezależnie od przypadku – jeśli na ściance grzejnika występują gwałtowane spadki temperatury, to pierwszą rzeczą, jaką powinniśmy zrobić, jest jego odpowietrzenie.

Można tego dokonać z użyciem typowego ręcznego zaworu odpowietrzającego, montowanego na końcu grzejnika, w górnym króćcu. Można tam jednak także zamontować automatyczny zawór odpowietrzający, który nie wymaga ingerencji użytkownika. Oba rozwiązania pokazano na rys. 2. W przypadku urządzeń automatycznych najbardziej popularne są odpowietrzniki pływakowe, ale dostępne są również odpowietrzniki higroskopijne, pozbawione części ruchomych.

Odwrotne podłączenie
Odwrotne podłączenie grzejnika również może być przyczyną wadliwego rozkładu temperatury na nim – efekty będą przypominać jeden z wariantów zapowietrzenia. Grzejnik, co do zasady, powinien być podłączony tak, aby woda spływała w nim w dół w kolejnych sekcjach/członach (dotyczy to też grzejników łazienkowych, ale tam zwykle górę biorą względy estetyczne/praktyczne i zasilanie często jest od dołu). Innymi słowy: zasilanie powinno być od góry, a powrót od dołu. Nawet w przypadku grzejników z podłączeniem dolnym, jedno z przyłączy tak naprawdę dostarcza wodę do górnej części grzejnika, przez dodatkową rurkę (grzejniki stalowe płytowe) bądź przez dedykowane do tego celu żeberko (grzejniki żeberkowe/członowe), co pokazano na rys. 3 i 4. Przy takiej konfiguracji grzejnik może osiągać największą moc, z typowym rozkładem temperatury wzdłuż wysokości – najwyższa jest na górze, a najniższa na dole. Przy odwrotnym podłączeniu grzejnika ta prawidłowość nie jest zachowana.

Objawy i rozwiązanie. Może wystąpić zarówno przypadek, gdy grzejnik na całej długości jest cieplejszy w dolnej części niż w górnej, ale może się również zdarzyć, że częściowo jest tak, a częściowo odwrotnie. Koniec końców – zawsze w takiej sytuacji grzejnik oddaje mniejszą moc cieplną niż przy prawidłowym połączeniu i jest to sygnał, że nie działa prawidłowo. Należy wówczas skorygować konfigurację podłączenia. W przypadku grzejników bocznozasilanych może być to kłopotliwe, ale w przypadku grzejników dolnozasilanych jest to dość proste – wystarczy użyć przyłącza krzyżowego (rys. 5).

Przewymiarowanie
Sytuacją, która wciąż jest często spotykana, zwłaszcza w przypadku starszych instalacji, jest przewymiarowanie powierzchni grzejników. Powodów tego może być kilka, ale zwykle wynika to:

• z braku obliczeń projektowego obciążenia cieplnego pomieszczeń i doboru grzejników „na oko”,
• z wykonania termomodernizacji budynku bez zmiany (obniżenia) parametrów pracy instalacji,
• z chęci zrobienia „zapasu” mocy grzejników.

Więcej informacji na ten temat przedstawiłem w artykule [1]. Przyjrzyjmy się teraz, jak i w jakich sytuacjach przewymiarowanie grzejników wpływa na rozkład temperatury na ich powierzchni?

Uwarunkowania i objawy. Wyobraźmy sobie, że zaczynamy brać prysznic. Odkręcamy kurek ciepłej wody i...czekamy, aż ona dopłynie, bo najpierw wypływa woda wychłodzona, która stała w rurach. No właśnie, woda wychłodziła się, bo stojąc w rurach, oddała ciepło do otoczenia. Wniosek z tego dość oczywisty – im mniejszy strumień wody ze źródła, tym mniejszy strumień energii ona ze sobą niesie i tym mocniej/łatwiej się wychładza po drodze. Przy zerowym przypływie wychładza się aż do temperatury otoczenia.

Przenieśmy to rozumowanie na pracę grzejnika. W uproszczeniu temperatura w pomieszczeniu warunkowana jest mocą, jaką grzejnik oddaje. Przy danej temperaturze zasilania i przepływie czynnika przez grzejnik jego moc zależy od jego wielkości – im grzejnik jest większy, tym większą moc może oddać. Jeśli więc zwiększamy powierzchnię grzejnika, to możemy obniżyć temperaturę jego powierzchni, aby zachować daną moc. Jak jednak obniżyć temperaturę powierzchni grzejnika, a więc czynnika w nim, skoro temperatura zasilająca jest taka sama? Ano właśnie – zmniejszając przepływ! Na początku grzejnika temperatura dalej jest równa temperaturze zasilania, ale za to dalej szybko maleje i jej średnia wartość, dla całego grzejnika, spada.

! Naturalne jest zatem, że im bardziej przewymiarowany grzejnik, tym większa jest redukcja przepływu czynnika i większe jego wychłodzenie.

Czynnik bardzo powoli spływa kanałami grzejnika w dół, doznaje dużego wychłodzenia i dlatego dolna część powierzchni grzejnika jest zimna. Czy jest to wadliwe działanie grzejnika? – Nie, jest jak najbardziej normalne, wszak układ zapobiega w ten sposób zbytniemu wzrostowi temperatury w pomieszczeniu, aczkolwiek działanie to jest wynikiem błędnych założeń projektowych.

A jaki to układ redukuje ten przepływ i w jaki sposób? – Oczywiście termoregulator, tj. np. typowy zawór termostatyczny z głowicą, który automatycznie steruje przepływem czynnika w zależności od relacji między temperaturą ustawioną na pokrętle a temperaturą w pomieszczeniu. W przypadku zaworów ręcznej regulacji problem ten nie występuje, chyba że użytkownik sam przykręci zawór.

Wadliwe działanie zaworów grzejnikowych
Jeśli rozważamy sytuacje, w których grzejnik nie grzeje w sposób prawidłowy, to kolejnym z powodów może być wadliwe działanie zaworów grzejnikowych – zarówno na zasilaniu, jak i na powrocie.

Spadek przepływu na zaworze powrotnym. Zawór powrotny najczęściej pełni tylko funkcję odcinania przepływu, w normalnych warunkach pracy powinien więc być całkowicie otwarty. Przymknięcie go może powodować spadek przepływu, a więc rozkład temperatury na grzejniku podobny jak w przypadku jego przewymiarowania. Trzeba jednak pamiętać, że dostępne są również zawory powrotne regulacyjne, które – oprócz odcinania przepływu – mogą służyć także do jego regulacji. Rozwiązanie to ma pewne uzasadnienie zwłaszcza wtedy, gdy zawór termostatyczny, zamontowany na zasilaniu, nie ma możliwości zadawania tzw. nastawy wstępnej [2]. Jednak z punktu widzenia jakości regulacji przepływu czynnika przez grzejnik, funkcja ta powinna być przypisana tylko zaworowi termostatycznemu, a nie powrotnemu.

! Generalnie zawór powrotny, jako element dość prosty w budowie, rzadko ulega awarii, zatkaniu itp., należy więc zwracać uwagę głównie na to, aby był ustawiony zgodnie z projektem (najczęściej w pełni otwarty). Inaczej sprawa wygląda w odniesieniu do zaworu termostatycznego. Jest to element o bardziej precyzyjnej i skomplikowanej budowie, a tym samym – bardziej podatny na awarie.

Zapieczenie grzybka regulacyjnego do gniazda zaworu termostatycznego. To jeden z najczęstszych powodów awarii zaworu termostatycznego. Sytuacja ta może wystąpić np. wtedy, gdy przez dłuższy czas zawór był zamknięty. I – uwaga – wcale nie oznacza to, że głowica zamontowana na nim była zakręcona!

Jak wiadomo, głowica reaguje na zmiany temperatury otoczenia i przy jej wzroście przymyka zawór. A co w sytuacji, gdy jest lato i instalacja nie działa? Ano to samo – głowica pracuje dalej. Jeśli więc mieliśmy na niej ustawioną wartość „3”, której odpowiada temperatura np. 20°C, a w pomieszczeniu jest temperatura np. 26°C (lato), to głowica będzie przymykała zawór, aby zmniejszyć przepływ czynnika przez grzejnik i tym samym zredukować jego moc oraz temperaturę w pomieszczeniu. Przy tak dużej nadwyżce temperatury jest wysoce prawdopodobne, że głowica przymknie zawór całkowicie i w takiej pozycji będzie go utrzymywać. A że instalacja latem nie pracuje i czynnik nie płynie – tego głowica nie wie. Z powyższego powodu w takich okresach należy ustawiać na głowicach maksymalne nastawienie, któremu odpowiada zwykle temperatura rzędu 28°C i więcej (w zależności od modelu i producenta), a więc wyższa niż temperatura w pomieszczeniu. Wówczas głowica nie przymknie całkiem zaworu.

Zanieczyszczenia między grzybkiem a gniazdem zaworu termostatycznego. To kolejna z często występujących przyczyn awarii zaworu termostatycznego, wynikająca z tego, że przestrzeń, którą przepływa woda pomiędzy grzybkiem regulacyjnym zaworu a jego gniazdem, jest bardzo mała – w typowych warunkach pracy mniejsza niż 1 mm (rys. 6). Jest to więc miejsce podatne na odkładanie się zanieczyszczeń krążących w instalacji. Jeśli tak się stanie, to przepływ jest blokowany i grzejnik znów nie działa prawidłowo.

Aby usunąć taką usterkę, w pierwszej kolejności warto spróbować kilkukrotnie przekręcić głowicą od maksymalnego do minimalnego nastawienia, co może rozkruszyć zanieczyszczenie, lub po prostu wybić je z danego miejsca. Jeśli to nie pomaga, to też nie trzeba od razu wymieniać całego zaworu. Można wymienić samą wkładkę regulacyjną, jej uszczelnienie lub ją tylko przeczyścić. Co ważne, operacji takiej można dokonać na pracującej instalacji i bez demontażu zaworu. Firmy z branży oferują specjalne narzędzia do takich celów. Przykładowe narzędzie, wraz z procedurą wymiany, pokazano na rys. 7.

Zapieczenie się trzpienia zaworu na przejściu przez korpus zaworu. Trzpień zaworu jest to element, którym steruje głowica. Jeśli z jakichś powodów czynnik przeciekał wzdłuż trzpienia zaworu, to po wyschnięciu mogą się tam odłożyć zanieczyszczenia, które „zlepiają” elementy. Należy wówczas użyć kombinerek i odblokować trzpień.

Nieuprawniona zmiana lub błędne nastawienie wstępne zaworu termostatycznego. Ten problem również występuje relatywnie często. Jak wiemy, nastawa wstępna w zaworze termostatycznym odpowiada m.in. za maksymalny przepływ, jaki zawór zapewnia i im jest ona mniejsza, tym mniejszy jest ten przepływ. Dla pewnych typów zaworów termostatycznych jest ona mechanicznie całkowicie niezależna od grzybka regulacyjnego, którym steruje głowica. Tak więc, nawet, jeśli nastawa ta jest ustawiona na minimalną, to nie zdiagnozujemy wspomnianego problemu tylko kręcąc głowicą. Trzeba głowicę zdjąć i zobaczyć, na jaką wartość ustawione jest nastawienie wstępne (rys. 8).

Oczywiście, zdarza się, że dany zawór ma tzw. ukrytą nastawę wstępną, tj. ani nie widać, jaka jest jej bieżąca wartość, ani/lub nie można jest zmienić bez używania specjalnych narzędzi. To zabezpieczenie służy właśnie zablokowaniu możliwości dokonywania nieuprawnionych zmian, aczkolwiek utrudnia diagnozę problemu zwykłemu użytkownikowi.

Zanieczyszczenia w grzejniku 
Jak wspomniałem wcześniej, zawór termostatyczny może zostać zablokowany przez krążące w instalacji zanieczyszczenia stałe. Zanieczyszczenia te mogą także odkładać się w grzejniku, który jest naturalnym odmulnikiem – woda wpływając do niego doznaje spadku prędkości przepływu (gdyż czynnik rozpływa się na poszczególne sekcje), a to pozwala na wytrącanie z niego zanieczyszczeń i opadanie ich na dno grzejnika. Zanieczyszczenia te mogą nie tylko swobodnie zalegać, ale także przywierać do ścianki grzejnika, tworząc warstwę izolacyjną.

Aby uniknąć tego stanu rzeczy, należy prawidłowo eksploatować instalację i dbać o jakość czynnika. Jeśli natomiast ten problem już się pojawił, to można zastosować płukanie mechaniczne bądź chemiczne instalacji.

Gdy robi się za ciepło
Na koniec omówię przypadek, który jest dość częsty i jest chyba jednym z najpowszechniejszych błędów w rozumowaniu dotyczącym działania grzejnika wyposażonego w termoregulator.

Załóżmy, że głowica termoregulatora przy grzejniku w pokoju ustawiona jest na wartość „3” i że zapewnia to temperaturę na poziomie 20°C. Grzejnik grzeje normalnie, nie bulgoce, nie ma na nim gwałtownych skoków temperatury itp. W pewnym momencie do pokoju wchodzą dodatkowe osoby. Wiadomo, że człowiek emituje pewną moc cieplną. W wyniku tego zaczyna rosnąć temperatura w pomieszczeniu. Termoregulator odczuwa ten wzrost i zaczyna silniej dławić przepływ czynnika przez grzejnik, zmniejszając emitowaną przez niego moc i starając się utrzymać pierwotną, zadaną wartość temperatury w pomieszczeniu.

! Im większy przyrost temperatury w pomieszczeniu, tym większe dławienie. Jeśli przyrost jest wystarczająco duży, termoregulator całkiem odcina przepływ czynnika, co powoduje całkowite wychłodzenie się grzejnika. Jest to działanie normalne, wynikające wprost z funkcji, jaką to urządzenie pełni.

Jeśli więc ktoś w takiej sytuacji podejdzie do grzejnika, zobaczy, że na pokrętle jest ustawiona „3”, a grzejnik jest zimny i wobec tego stwierdzi, że coś źle działa i trzeba pokrętło bardziej odkręcić, to należy mu zaproponować rzut oka na termometr w pomieszczeniu. I to jest chyba najlepsza lekcja dotycząca zasady działania termoregulatora grzejnikowego.

Materiały źródłowe:
[1] Muniak D., „Grzejniki w budynkach po renowacji”, „Polski Instalator” 3/2022 (301).
[2] Muniak D.: „Podłączenie grzejników: rozwiązania systemowe, zestawy podłączeniowe, Polski Instalator”, 9/2021 (297), str.: 18-23
[3] Materiały katalogowe i prasowe firmy Herz
[4] Witryna internetowa: https://muratordom.pl/instalacje/instalacja-grzewcza/odpowietrzania-grzejnika-jak-usunac-powietrze-z-instalacji-jak-odpowietrzyc-kaloryfer-aa-Lmzx-3oL1-xuLX.html
[5] Witryna internetowa: https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic2694832.html
[6] Witryna internetowa: https://hydmar.com.pl/akcesoria-grzejnik/6458-odpowietrznik-automatyczny-bialy-flexvent-katowy-8712874277113.html