Efektywne ogrzanie budynku o dużej kubaturze

Nagrzewnice znajdują zastosowanie w obiektach o bardzo różnej wielkości i przeznaczeniu.

Zasada działania nagrzewnicy polega na tym, że wymuszony obieg powietrza (poprzez wbudowany wentylator) oraz dostarczane paliwo podgrzewa powietrze przepływające przez nagrzewnicę do określonej temperatury.

Dzięki możliwości połączenia funkcji grzewczych i wentylacyjnych przy zastosowaniu prostej instalacji oraz  przystępnych kosztów inwestycji i eksploatacji sprawiają, że po rozwiązania tego typu sięgają właściciele (dyrektorzy, projektanci) hal magazynowych, handlowych i produkcyjnych, warsztatów, sklepów, obiektów sportowych, a także pubów. 

W przeszłości w obiektach kubaturowych wykorzystywane były instalacje oparte na tradycyjnych grzejnikach, a nawet rurach stalowych. Rozwiązania takie są mało skuteczne, ze względu na długi okres potrzebny do uzyskania określonej temperatury wewnątrz budynku oraz nierównomierne rozmieszczenie ciepła. Instalacje oparte na systemach grzejnikowych doskonale nadają się do pomieszczeń o mniejszych kubaturach, takie jak np. mieszkania. W obiektach o większej kubaturze należy stosować bardziej wydajny system, który pozwoli szybko ogrzać pomieszczenie i utrzymać wymaganą temperaturę wewnątrz oraz poprzez zamontowane wentylatory równomiernie rozłożyć ciepło.

Ze względu na rodzaj paliwa wyróżniamy następujące rodzaje nagrzewnic:

• Nagrzewnice wodne: Powietrze w nagrzewnicach wodnych podgrzewa się dzięki wymiennikowi aluminiowemu, przez który przepływa gorąca woda. Dzięki wymiennikowi energia cieplna przekazywana jest przez lamele i powietrze uzyskuje podwyższoną temperaturę.

Zdjęcie 1. Nagrzewnica wodna Leo Plastic firmy Flowair.

• Nagrzewnice gazowe: Do ogrzewania pomieszczeń o dużych kubaturach - magazynów, hal, supermarketów, czy kościołów powszechnie stosuje się ogrzewanie nadmuchowe. Nagrzewnice gazowe ciepło doprowadzają do wymiennika przez spaliny powstające w procesie spalania gazu. Powietrze przepływając przez wymiennik ciepła nagrzewa się i zostaje wtłoczone do pomieszczenia przy pomocy wentylatora nadmuchowego. Wielką zaletą tego rodzaju ogrzewania jest możliwość natychmiastowego rozpoczęcia grzania pomieszczenia, w przeciwieństwie do nagrzewnic wodnych, w których jesteśmy ograniczeni bezwładnością układu.

Zdjęcie 2. Nagrzewnica gazowa Robur Evoluzione.

• Nagrzewnice elektryczne: Źródłem ciepła jest energia elektryczna. Rozgrzane powietrze przez grzałki elektryczne wydmuchiwane jest poprzez zamontowany wentylator. Zastosowanie: Prace budowlane, ogrzewanie obiektów przemysłowych i rolnych: hal, magazynów, szklarni, warsztatów itp. Idealne do precyzyjnego utrzymywania stałej temperatury w pomieszczeniach, w których wymagane jest wysokiej jakości powietrze. Wytrzymała - zaprojektowana do ciągłej pracy przez kilka miesięcy w sezonie zimowym. Wysoki poziom zabezpieczeń (IP44) pozwala na bezpieczne stosowanie nawet w obiektach o dużej wilgotności powietrza.

Zdjęcie 3. Nagrzewnica elektryczna Steel Mobile

Nagrzewnice olejowe: Źródłem ciepła jest z reguły olej opałowy, który wtryskiwany poprzez dyszę paliwową do komory spalania podgrzewa przepływające przez nagrzewnicę powietrze. Olej opałowy, który wtryskiwany poprzez dyszę paliwową do komory spalania podgrzewa przepływające przez nagrzewnicę powietrze. Nagrzewnice olejowe wymiennikowe posiadają wymiennik, czyli paliwo spalane jest w zamkniętej komorze spalania, a powietrze jest ogrzewane poprzez wymiennik ciepła. Nagrzewnice olejowe bezwymiennikowe nie posiadają wymiennika i powietrze przepływające przez nagrzewnicę ogrzewane jest bezpośrednio przez płomień z spalanego paliwa. Różnica jest zasadnicza: nagrzewnice wymiennikowe posiadają zamkniętą komorę spalania i odprowadzenie spalin na zewnętrz, przez co spaliny są odseparowane od ogrzewanego powietrza, a w nagrzewnicach bezwymiennikowych podgrzewane paliwo łączy się ze spalinami.

Zdjęcie 4. Nagrzewnica olejowa Pegazus

Jak wynika z powyższego zestawienia wybór nagrzewnic jest duży, tak więc stosownie do oczekiwań oraz możliwości instalacyjnych możemy dobrać taką nagrzewnicę, która zoptymalizuje zużycie paliwa oraz dostatecznie ogrzeje obiekt.

Dobór mocy oraz ilości urządzeń w pomieszczeniu.

System grzewczy w obiekcie przemysłowym powinien zapewnić odpowiedni komfort cieplny. Niezależnie od warunków termicznych na zewnątrz, w budynku powinna panować temperatura jakiej oczekuje inwestor. Podstawą do ustalenia pożądanej mocy urządzeń, a co za tym idzie ilości urządzeń w obiekcie jest wyznaczenie tzw. zapotrzebowania na ciepło. Pierwszym krokiem jest ustanowienie bilansu cieplnego budynku, czyli określenie strat ciepła przez ściany, drzwi, okna, bramy wjazdowe, itp. oraz uwzględnienie zysków ciepła, które mogą pochodzić od maszyn pracujących wewnątrz budynku, ludzi lub przebywających zwierząt (np. w budynku inwentarskim). Procedura ta jest dosyć skomplikowana, tak więc został sporządzony wzór, który umożliwia właściwy dobór nagrzewnic.

P = [Z x W x (tw - tz)] x 0,001

Gdzie:

P - zapotrzebowanie na ciepło [kW];

Z - jednostkowa moc grzewcza uzależniona od kubatury budynku oraz orientacyjnej izolacyjności ścian [W/(m3K)], patrz rys.1;

W - kubatura budynku (dł. x szer. x wys.);

tw - żądana temperatura wewnątrz budynku [°C];

tz - obliczeniowa temperatura zewnętrzna, dla danego rejonu Polski zgodnie z normą PN-82/B-02403 [°C].

Uwagę należy skupić na ustaleniu jednostkowej mocy grzewczej w danym obiekcie. Uzależniona jest od kubatury i izolacyjności ścian budynku. W portalu instalacyjnym wentylacja.com.pl znaleźliśmy pomocny rysunek ukazujący zależność jednostkowej mocy cieplnej od objętości obiektu w trzech przypadkach. Pierwszy przy bardzo dobrej izolacji cieplnej, drugi przy dobrej izolacji, a trzeci przy bardzo słabej izolacji. Widzimy, że im gorsza izolacja termiczna budynku tym większe zapotrzebowanie na moc cieplną. W oparciu o poniższe opracowanie dokonaliśmy próby obliczenia zapotrzebowania na ciepło hali magazynowej położonej w Wielkopolsce, a w dalszej kolejności wyznaczyliśmy ilość nagrzewnic potrzebnych do ogrzania obiektu.

Rys. 1 Jednostkowa moc grzewcza w zależności od kubatury obiektu oraz poziomu izolacyjności przegród budowlanych. Źródło: wentylacja.com.pl

Znając zapotrzebowanie na ciepło można przystąpić do ustalenia ilości nagrzewnic, które należy zastosować do ogrzania obiektu. Wykorzystuje się tutaj następujący wzór:

I = P/Purz.,

Gdzie:

I - wymagana ilość urządzeń;

P - zapotrzebowanie na ciepło [kW];

Purz. - jednostkowa moc urządzenia [kW].

Przykład. Budynek magazynowy ma następujące wymiary: szerokość 15m., długość 24m. wysokość 7m. Obiekt nie posiada żadnych okien, jedynie bramę wjazdową o wymiarach 4m. x 4,5m., ściany zbudowane są z siporexu, który ocieplony jest styropianem o grubości 12cm. Mury magazynu mają bardzo dobrą izolację termiczną. Budynek położony jest w Wielkopolsce, tak więc obliczeniowa temperatura zewnętrzna dla tego przypadku wynosi minus 18°C.  Powierzchnia dachu również jest solidnie zaizolowana, tzn. wełną mineralną o grubości 25cm. Pożądana temperatura wewnątrz budynku to 25°C. Jednostkowa moc cieplna dla obiektu wynosi 1,3 W/m3K.

W świetle powyższych danych obliczamy zapotrzebowanie na ciepło:

P = 1,2W/m3K x 2520m3 x [25°C - (- 18°C)] x 0,001 = 130 kW

Mając zapotrzebowanie na ciepło możemy ustalić ilość nagrzewnic, które są nam potrzebne do ogrzania obiektu:

I = 130 kW / 72,5 kW = 1,80

Z powyższej zależności wynika, że do ogrzania budynku magazynowego potrzebne są dwie nagrzewnice o mocy 72,5 kW.

Powyższy przykład powinien pomóc przy zaprojektowaniu instalacji grzewczej w budynkach kubaturowych. Jednakże, przy podjęciu ostatecznej decyzji warto skonsultować się z projektantem, który dokładnie oceni stan budynku, tzn. jego izolacyjność termiczną, a oprócz tego zaprojektuje całą instalację. Należy pamiętać o tym, że producenci często oferują same nagrzewnice, a warto jeszcze pomyśleć nad termostatem, regulatorem prędkości obrotowej, czy zakupem oryginalnych konsoli montażowych. Bardzo istotny jest również wybór materiału z którego wykonana jest nagrzewnica. W pomieszczeniu, w którym jest duża wilgotność powietrza należy zamontować nagrzewnicę zbudowaną z blachy nierdzewnej, w salonie sprzedaży dobrze byłoby zastosować nagrzewnicę o estetycznym wyglądzie wykończonym wysokiej jakości PCV. Również na rynku można nabyć nagrzewnice mogące pracować w bardzo ciężkich warunkach o dużym zapyleniu, wilgotności (np. budynki inwentarskie - kurniki, chlewnie, obory, stajnie). Wszystkie te elementy powinien uwzględnić dobry projektant.