Ogrzewanie

Ogrzewanie jest to proces dostarczania energii termicznej do ciała, pomieszczenia, w celu podniesienia lub utrzymania jego temperatury.

Artykuł ten omawia ogrzewanie w kontekście wszelkiego rodzaju pomieszczeń, budowli i budynków, gdyż takie jest najczęstsze stosowanie tego wyrażenia. Ogrzewanie może dotyczyć również:

• samochodu (patrz też niżej: grzejniki nadmuchowe)
• tafli boiska (patrz też niżej: ogrzewanie podłogowe)
• i inne.

Ogrzewanie jest szeroko rozumianym pojęciem, związanym z zapewnieniem odpowiednich warunków temperaturowych, zależnie od charakteru pomieszczenia i z uwzględnieniem zmian potrzeb klimatycznych w różnych okresach (czasowych lub funkcjonalnych).

[edytuj] Dostarczanie ciepła do pomieszczeń

[edytuj] Wstęp

Istnieje wiele metod dostarczania ciepła do pomieszczenia. Konkretne rozwiązanie warunkują: rodzaj pomieszczenia (np. pokój dzienny, garaż, łazienka), czas przebywania w nim ludzi (np. cała noc, chwilowo), możliwości techniczne (czyli dostępne źródła energii) i uwarunkowania finansowe.

[edytuj] Centralne ogrzewanie (CO)

Działanie c.o grawitacyjnygo.

Współczesny kocioł CO

We współczesnym rozumieniu jest to dostarczenie ciepła do elementów grzejnych zlokalizowanych w docelowych pomieszczeniach za pomocą gorącej wody. Jednak zakres tego pojęcia jest szerszy - jest to dystrybucja ciepła po budowli, uzyskanego z przetworzenia paliwa w jednym, specjalnie przeznaczonym do tego pomieszczeniu, kotłowni, w tym przypadku piec nazywany jest kotłem centralnego ogrzewania, a elementy przekazujące ciepło w pomieszczeniach to grzejniki (tzw. potocznie "kaloryfery"). Do rozprowadzania ciepła wykorzystuje się wodę, parę wodną lub powietrze. Stosuje się systemy obejmujące jedno mieszkanie (centralne ogrzewanie etażowe), jeden budynek, kilka budynków, a nawet całe miasta. W instalacjach obejmujących jeden budynek woda może krążyć w wyniku zmian gęstości przy zmianach temperatury (CO grawitacyjne) lub jej przepływ jest wymuszany pompą. W większych instalacjach stosuje się wyłącznie systemy z wymuszonym obiegiem.

[edytuj] Rodzaje grzejników

[edytuj] Grzejniki gazowe

Czerpią moc z gazu. Są zaliczane do grupy niewydajnych.

[edytuj] Grzejniki konwekcyjne

Grzejniki konwekcyjne ogrzewają pomieszczenie w wyniku grawitacyjnego przepływu masy powietrza wewnątrz radiatora grzejnika, w wyniku czego następuje jego ogrzanie. Przepływ grawitacyjny wynika z różnicy gęstości powietrza ze zmianą jego temperatury. Grzejniki zasilane są prądem elektrycznym lub gorącą wodą. Woda dostarczana jest instalacją centralnego ogrzewania (CO).

Wady i zalety:

• "mieszanie" powietrza w pomieszczeniu,
• relatywnie średnia prędkość nagrzewania pomieszczenia,
• łatwość regulacji temperatury,
• stabilność w utrzymaniu temperatury w pomieszczeniu,
• mniejsza powierzchnia grzejnika w stosunku do grzejników radiacyjnych
• (wada) większe nierównomierności w ogrzewaniu powietrza, ciepłe powietrze unosi się do góry.

[edytuj] Grzejniki radiatorowe

Grzejniki radiatorowe są obecnie wypierane przez grzejniki konwekcyjne. Powietrze przepływa na zewnątrz radiatora. Radiator ma rozwiniętą powierzchnię zewnętrzną, wykonywaną przez wyprofilowanie, wytłoczenie lub przyspawanie pasów blachy do rury w której płynie czynnik grzejący.

Wady i zalety, porównanie z konwekcyjnymi:

• zajmują większą powierzchnię ściany,
• pomieszczenie jest ogrzane równomierniej,
• łatwiej uzyskać wyższe temperatury w dolnej części pomieszczenia,
• słabo wymuszają obieg powietrza w pomieszczeniu,
• większa część ciepła jest odprowadzana przez promieniowanie cieplne.

[edytuj] Promienniki energii cieplnej

Bardzo cenione jako źródło ciepła w wysokich pomieszczeniach z uwagi na bezpośrednie ogrzewanie ciał stałych przez promieniowanie podczerwone a nie przez powietrze, które dopiero wtórnie jest ogrzewane przez ciała stałe, dzięki czemu ciepło ukierunkowane jest do dolnej partii wysokiego obiektu. Systemy grzewcze oparte o promienniki charakteryzują sie minimalną bezwładnością, szczególnie oparte o promienniki gazowe i promienniki elektryczne.

Promienniki obecnie należą do najchętniej stosowanych urządzeń grzewczych stosowanych w dużych obiektach przemysłowych, logistycznych i sportowych.

Wady i zalety:

Zalety:

• niższe koszty eksploatacji systemu przy tym samym komforcie cieplnym
• możliwość stosowania pełnej automatyki sterującej
• układ zdecentralizowany przy większych obiektach
• możliwość ogrzewania strefowego
• kontrola komfortu termicznego całej powierzchni ogrzewanej

Wady:

• zależne od rodzaju promienników (gazowe, elektryczne, wodne)

[edytuj] Grzejniki nadmuchowe

Grzejnik nadmuchowy jest połączeniem grzejnika kowektorowego z wentylatorem napędzanym energią elektryczną. Źródłem energii cieplnej jest najczęściej prąd elektryczny (sporadycznie woda, zasadniczo stosowana w samochodach). W ostatnich latach ciepło wytwarzane jest w nowoczesnych kominkach.

Wady i zalety:

• szybkie nagrzewanie pomieszczeń (intensywne mieszanie powietrza),
• występowanie szybkiego ruchu powietrza,
• hałas generowany przez wentylator,
• trudność w stabilizacji temperatury (??),
• możliwość kierunkowego ogrzewania (skierowania strumienia powietrza),
• zimny nawiew (jako inne zastosowanie).
• małe wymiary,
• możliwość umieszczenia z dala od miejsca, które ma być ogrzewane

Ogrzewanie podłogowe.

[edytuj] Ogrzewanie podłogowe

Cechą charakterystyczną ogrzewania podłogowego jest sposób emisji ciepła - jest ono dostarczane całą powierzchnią podłogi poprzez promieniowanie, co zapobiega powstawaniu gorących warstw powietrza w górnej części pomieszczenia. Ogrzewanie podłogowe zapewnia profil temperatury w pomieszczeniu najbardziej zbliżony do teoretycznego profilu idealnego, ponieważ oddaje ciepło przez promieniowanie i nie wywołuje konwekcji. Ogrzewanie wykonuje się jako elektryczne lub wodne. Najczęściej stosowane jest w łazienkach, choć w nowych budynkach coraz częściej jest stosowane na całej powierzchni użytkowej. W ogrzewaniu podłogowym wodnym, woda dostarczana jest instalacją centralnego ogrzewania (CO), przy czym konieczne jest zastosowanie mieszacza do obniżenia temperatury wody w stosunku do temperatury lub (co stosuje się częściej) niskotemperaturowego źródła ciepła, takiego jak pompa ciepła albo kocioł kondensacyjny.

Zalety:

• równomierny rozkład pionowy temperatur w pomieszczeniu
• ciepła ("przyjemna") podłoga
• brak widocznych elementów ogrzewania (np. grzejników)
• akumulacyjność cieplna.

Wady:

• konieczność zniszczenia istniejącej podłogi (przy montażu w użytkowanym budynku)
• ograniczenia sposobu wykonania podłogi i jej nakrycia - należy unikać materiałów izolujących (np. deski na legarkach, grube wykładziny i dywany).

[edytuj] Tradycyjne źródła energii cieplnej

Jako tradycyjne źródła energii cieplnej przyjmuje się takie metody postępowania, w których nie jest brane pod uwagę ewentualne negatywne oddziaływanie na środowisko.

[edytuj] Ciepło z elektrociepłowni

Ciepło z elektrociepłowni do budynku dostarczane jest rurociągami w postaci gorącej wody. Woda ta nie jest stosowana bezpośrednio do ogrzewania, lecz jej energia cieplna przekazywana jest do wewnętrznego obiegu grzewczego centralnego ogrzewania w wymienniku ciepła (rekuperatorze). W czasie przesyłu powstają duże straty ciepła (ogrzewana jest ziemia i atmosfera, a wykonanie instalacji przesyłowej wymaga wysokich nakładów, stąd mała popularność w budownictwie podmiejskim).

Wady i zalety:

• bezobsługowość,
• problemy z rozliczaniem zużytego ciepła (niedoskonałe metody podzielnikowe lub wręcz rozliczanie ryczałtem według powierzchni mieszkania lub ilości zamieszkałych w nim osób),
• wysoki koszt instalacji zasilającej,
• niedostępność na żądanie w okresie przejściowym (do momentu włączenia wymiennika ciepła),
• rozwiązanie nie wszędzie dostępne.

[edytuj] Ogrzewanie spalinowe

Ogrzewanie spalinowe polega na dostarczaniu ciepła uzyskanego w wyniku procesu spalania materiału zwanego paliwem. W tradycyjnych układach są to:

• materiały stałe:
  • węgiel i jego pochodne (zobacz też: węgiel kamienny, węgiel brunatny, koks)
  • inne materiały palne (drewno, papier, odpady gospodarcze, itp.)
• materiały gazowe:
  • gaz miejski
  • gaz ziemny
  • mieszanka gazów: propanu i butanu,
• materiały ciekłe:
• ropa naftowa lub olej opałowy.

[edytuj] Piec opalany węglem - izbowy

Piec węglowy w wykonaniu tradycyjnym - tzw. piec izbowy, pozostaje w wielu gospodarstwach domowych głównym źródłem energii cieplnej. Jest kłopotliwy w eksploatacji, ponieważ:

• wymaga dostarczenia ciężkiego paliwa (często po schodach),
• wymaga nadzoru podczas palenia i wygaszania,
• po rozgrzaniu emituje dużo ciepła, które po zgaszeniu paleniska stopniowo się zmniejsza. Po wieczornym "napaleniu" rano w pomieszczeniu jest już zimno. Piec taki zabudowany w kuchni służy jednocześnie do przygotowywania potraw. Budową tradycyjnych piecy zajmuje się zdun.

[edytuj] Kocioł centralnego ogrzewania opalany węglem

Kocioł węglowy centralnego ogrzewania jest również kłopotliwy w ekesploatacji (ze względu na charakter materiału), ale posiada możliwość instalacji pewnych system/ów automatyki. Dodatkową zaletą jest możliwość pracy ciągłej oraz kumulacja energii w zbiorniku wodnym (który może posiadać alternatywną metodę podgrzewania - np. elektryczną). System ten łatwo można przystosować do nowoczesnych metod opalania materiałami niewęglowymi. Kocioł centralnego ogrzewania instaluje się w kotłowni.

Wady i zalety:

• trudny w sterowaniu (kocioł tradycyjny)
• konieczność wykonania instalacji CO (kocioł centralny),
• konieczność stałego nadzoru człowieka,
• bardzo kłopotliwy nośnik energii.

[edytuj] Kocioł centralnego ogrzewania opalany gazem

Od kotła węglowego różni go znacząco charakter opału, co pozwala w większym stopniu dokonać automatyzacji procesu spalania.

Wady i zalety:

• konieczność wykonania instalacji CO,
• łatwość sterowania,
• czyste spaliny,
• czysta kotłownia.
• wysoka sprawność energetyczna (kotły kondensacyjne)
• możliwa współpraca z systemem solarnym

[edytuj] Kominek

Pod koniec XX w. powróciła moda na kominki, które są efektownym elementem wystroju wnętrz. Nowoczesne kominki mają niewiele wspólnego z niskosprawnymi poprzednikami, posiadają:

• zamykane palenisko (większa efektywność spalania i bezpieczeństwo) - niejednokrotnie z tzw. "zimną szybą",
• system odprowadzania ciepła (czasami z obiegiem wymuszonym), tak aby jak najmniej energii było oddawane do atmosfery razem ze spalinami.
• system zabezpieczeń,
• regulację płomienia.

Wady i zalety:

• efektowny element wystroju,
• konieczność częstego dodkładania paliwa,
• kłopotliwy nośnik energii.

[edytuj] Ogrzewanie elektryczne

Wady i zalety:

• łatwość sterowania,
• niskie koszty instalacji przyłącza,
• wysoka sprawność,
• duży koszt jednostkowy energii.

[edytuj] Alternatywne źródła energii cieplnej

Alternatywne źródła energii charakteryzują się zmniejszonym negatywnym oddziaływaniem (względem tradycyjnych źródeł) na środowisko naturalne, poprzez zmniejszenie emisji szkodliwych substancji, lub wykorzystanie odnawialnych źródeł energii.

[edytuj] Wykorzystanie energii słonecznej

Możliwe jest wykorzystywanie energii słonecznej do zaspokojenia potrzeb grzewczych budynków. Rozróżnia się pasywne i aktywne systemy ogrzewania słonecznego, w zależności od tego, czy do wykorzystania energii słonecznej konieczne jest zużycie energii z innego źródła. Do pasywnych systemów ogrzewania słonecznego zalicza się kolektory słoneczne w instalacji grawitacyjnej oraz duże okna w południowej elewacji budynku o dobrych współczynnikach przenikania energii słonecznej. Ponieważ podaż energii słonecznej przypada głównie w ciągu lata oraz wiosną i jesienią a w trakcie sezonu grzewczego ich wydajność znacznie spada, kolektory słoneczne są zazwyczaj stosowane wyłącznie do produkcji ciepłej wody użytkowej. Mogą one również wspomagać niskotemperaturowe systemy centralnego ogrzewania (np. ogrzewanie podłogowe). W polskim klimacie możliwe jest wykorzystanie zysków grzewczych z energii słonecznej jako źródła energii dla budynków pasywnych.

Wady i zalety:

• duże uzależnienie od pogody (i rejonu geograficznego),
• bardzo niskie koszty jednostki energii,
• brak negatywnego wpływu na środowisko naturalne,
• łatwy montaż kolektorów słonecznych,
• ograniczenie do instalacji niskotemperaturowych (podłogowych, ściennych),
• wysoki koszt inwestycji.

[edytuj] Pompa ciepła

Energię uzyskuje się stosując pompę ciepła, która wymusza obieg energii cieplnej ze źródła zimniejszego (grunt) do ogrzewanego budynku. Zastosowanie tego urządzenia umożliwia korzystanie z energii zmagazynowanej w gruncie, który podgrzewany jest przez energię słoneczną. Takie ogrzewanie nie ma nic wspólnego z gorącymi źródłami ani z wykorzystaniem energią geotermalną. Nośnikiem energii, który napędza pompę ciepła, w większości wypadków jest energia elektryczna. Jedynie w pojedynczych przypadkach pompa ciepła napędzana jest przez silnik spalinowy zasilany gazem ziemnym^[1].

Wady i zalety:

• bardzo niskie koszty jednostki produkowanego ciepła,
• wysoki koszt inwestycyjny, zwłaszcza wykonania wymiennika ciepła w gruncie,
• brak emisji szkodliwych substancji w miejscu stosowania urządzenia.

[edytuj] Spalanie biomasy

Biomasa może być wykorzystywana jako paliwo do urządzeń grzewczych. Spalane mogą być między innymi:

• drewno - polana, zrębki, pellety,
• słoma - bele lub kostki słomy, brykiet słomiany,
• biogaz albo gaz drzewny otrzymywany z biomasy.

Wady i zalety:

• paliwo dostępne jest zazwyczaj w niedużej odległości od miejsca wykorzystania - nie ma konieczności transportu jak w przypadku węgla,
• ceny biomasy, zwłaszcza różnego rodzaju odpadów, jest zazwyczaj niższa od innych paliw,
• emisję dwutlenku węgla ze spalania biomasy uważa się za zerową a zatem nie przyczyniającą się do efektu cieplarnianego.

[edytuj] Ograniczanie zużycia energii

Ograniczenie zużycia energii jest istotnym elementem prawidłowej polityki ogrzewania domu. Zużycie energii powinno się ograniczać ze względu na:

• negatywne oddziaływanie na środowisko naturalne,
• zbędne nakłady finansowe.

Zużycie energii można ograniczyć stosując metody zapobiegawcze:

• aktywne, tzn. bezpośrednio reragujące na zmieniające się warunki (np. regulacja),
• pasywne lub stałe (np. izolacja termiczna).

[edytuj] Regulacja

[edytuj] Regulacja lokalna - zawór (z głowicą termostatyczną)

Regulacja lokalna polega na instalacji zaworu (mechanicznego lub elektronicznego) lub zaworu z głowicą termostatyczną na grzejniku lub na dopływie energii do grzejnika. Zawór z głowicą posiada skalę w stopniach Celsjusza, lub numerację pozwalającą zapamiętać człowiekowi "odpowiednie" położenia dla wymaganych temperatur. Często spotyka się dwa zawory i przełącznik "noc/dzień".

Działanie zaworu z głowicą:

• załączony/wyłączony - odcina dopływ energii (np. ciepłej wody, prądu) w momencie wykrycia temperatury "górnej" w ramach przyjętych widełek dokładności (zależnych od rodzaju grzejnika), a włącza dopływ energii po wykryciu temperatury "dolnej". Dla dobrej jakości elektrycznych grzejników konwekcyjnych widełki (czyli faktycznie wahania temperatury w pomieszczeniu) wynoszą 0,5 st. C.
• płynna regulacja - zmniejszenie przepływu energii (np. wody) do poziomu pozwalającego utrzymać żądaną temperaturę (głowica ogranicza lub zwiększa dopływ czynnika grzejnego w zależności od potrzeby),
• przełączenie pracy grzejnika - np. zmiana liczby elementów grzejnych (najczęściej stosowana w grzejnikach elektrycznych).
• zabezpieczenie przeciw zamarzaniu - przy głowicy termostatycznej ustawionej na pozycji oznaczonej gwiazdką dopływ energii jest całkowicie zamknięty; w razie spadku temperatury w pomieszczeniu poniżej 0°C głowica otwiera zawór lub włącza grzejnik zapobiegając przemarzaniu pomieszczenia.

Innym przykładem regulacji lokalnej jest układ sterujący systemem grzewczym opartym o rozproszone źródła energii takie jak na przykład promienniki i nagrzewnice gazowe, gdzie na jednej hali kilka lub kilkadziesiąt urządzeń łączone działają w odniesieniu do kilku lub kilkunastu punktów pomiaru temperatury, dzięki czemu każde źródło energii, promiennik czy nagrzewnica, może bezpośrednio reagować na lokalne wahania temperatury.

[edytuj] Regulacja centralna

Regulacją centralną nazywane są mechanizmy pozwalające z jednego punktu domu wpłynąć na zmianę temperatury we wszystkich lub dowolnie wybranych punktach grzewczych poprzez:

• oddziaływanie (zdalne sterowanie) urządzeniami do regulacji lokalnej - rozwiązanie to stosowane jest w grzejnikach elektrycznych.
• zmianę ilości dostarczanego ciepła do punktów grzewczych - rozwiązanie stosowane w systemach centalnego ogrzewania, w wyniku:
  • zmniejszenia temperatury wody,
  • cyklicznego włączania i wyłaczania dopływu energii (stosowane również w grzejnikach elektrycznych)

Przypisy

[edytuj] Zobacz też:

• grzejnik
• konwektor
• radiator