Grzejniki w instalacjach centralnego ogrzewania

Grzejnik, podstawowy element każdej instalacji centralnego ogrzewania o pozornie prostej budowie, sprawia w rzeczywistości wiele kłopotów. Bo w zależności od jego konstrukcji inne są zasady wymiany ciepła, a dodatkowo przy zmianie parametrów wody zasilającej trudno jest przeanalizować zmiany.

Grzejniki można podzielić, uwzględniając kryterium wymiany ciepła, materiał, z którego są wykonane, i konstrukcję.

Wymiana ciepła odbywa się przez konwekcję (powietrze ogrzewa się od grzejnika i roznosi ciepło w pomieszczeniu) i promieniowanie (wymiana ciepła następuje bezpośrednio między grzejnikiem a ogrzewanym ciałem). Oczywiście nie mamy do czynienia z samą konwekcją (unoszeniem) lub samym promieniowaniem. Każde ciało wymienia ciepło przez promieniowanie i konwekcję (czasami dochodzi do tego jeszcze przewodzenie, gdy ciała się stykają), ale w zależności od konstrukcji grzejnika i temperatury zasilania stosunek konwekcji do promieniowania ulega zmianie.

Upraszczając trochę, można powiedzieć, że im wyższa temperatura, tym większy udział konwekcji (rośnie jej udział w całkowitej wymianie ciepła), a im niższa temperatura, tym większy udział promieniowania.

To przypomnienie było o tyle konieczne, że na rynku pojawiły się grzejniki stalowe, które w swojej odmiennej konstrukcji (płyty grzejne połączone szeregowo, a nie równolegle, jak to ma miejsce w większości konstrukcji grzejników płytowych) zmieniają stosunek energii cieplnej oddawanej przez konwekcję, co wskazywane jest jako zaleta tych urządzeń, gdyż zmiana ta powoduje, jak twierdzi producent, duże oszczędności.

Konstrukcja

Pod względem konstrukcyjnym nie można narzekać na brak możliwości wyboru. Grzejniki rurowe, płytowe, żeberkowe lub konwektory są widoczne w pomieszczeniach. Do tego dochodzą grzejniki podłogowe lub sufitowe, a obecnie, coraz popularniejsze, grzejniki zabudowane w ścianach. Jednak tzw. ogrzewanie powierzchniowe zostawmy na inną okazję, bo raczej trudno je porównywać z tradycyjnymi grzejnikami.

Kiedyś materiałem, z którego produkowano grzejniki, było żeliwo (elementy odlewane) lub stal (grzejniki spawane). Później popularność zdobyła miedź w połączeniu z aluminium (rurki miedziane i nakładane na nie aluminiowe lamele), a następnie aluminium pod postacią elementów odlewanych (podobnie jak to było z grzejnikami żeliwnymi). Obecnie na rynku najpopularniejszym materiałem jest blacha stalowa, a dokładniej grzejniki stalowe płytowe, nazywane także panelami.

Nie oznacza to, że grzejniki aluminiowe lub aluminiowo-miedziane tracą na znaczeniu. Ich konstrukcja również została zmieniona. Nie spotyka się już w większości dostępnych na naszym rynku grzejnikach tzw. trzeszczenia lub dzwonienia, gdy urządzenia się rozgrzewają, dlatego niektórzy użytkownicy wolą grzejniki aluminiowe od stalowych płytowych.

W niektórych reklamach podkreśla się znaczenie ciśnienia roboczego grzejników. Jest to raczej tylko dodatkowa informacja, bo dopuszczalne ciśnienie robocze w budynkach mieszkalnych wynosi przecież 6 barów. W domach jednorodzinnych, w których zainstalowano nowoczesne kotły gazowe, fabrycznie zainstalowany zawór bezpieczeństwa pracuje przy 2,5 lub 3 barach, dlatego grzejniki nie muszą wytrzymywać wyższego ciśnienia.

Konstrukcja stalowych grzejników płytowych, oferowanych przez kilkanaście firm polskich i zagranicznych, wykorzystuje podobną zasadę. Dwie wytłoczone w specjalnych prasach płyty stalowe są zgrzewane ze sobą, tworząc kanały przepływu wody grzewczej. Króćce przyłączne umożliwiają połączenie grzejników z instalacją centralnego ogrzewania i przepływ wody w utworzonych kanałach, jej wychłodzenie i powrót do instalacji. Odpowiednie łączenie ze sobą płyt pozwala tworzyć grzejniki także o dwóch lub nawet trzech płytach. Każda z płyt może mieć dodatkowo żeberka konwekcyjne, które zwiększają powierzchnię wymiany ciepła. Aby jednoznacznie określić typ grzejnika, wprowadzono oznaczenie cyfrowe, które stosuje większość producentów. Dla grzejnika jednopłytowego bez żeber konwekcyjnych jest to liczba 10, a z żebrami – 11. Dzięki temu wiadomo, że typ 21 składa się z dwóch płyt, ale tylko jedna z nich ma żebra konwekcyjne, a przykładowo typ 33 jest to grzejnik zbudowany z trzech płyt i każda z nich ma na swojej powierzchni dodatkowe żebra.

Tendencje

Przez lata powiększały się możliwości podłączenia grzejników. Kiedyś można było podłączyć grzejnik jedynie z lewej lub prawej strony i wyglądało to dokładnie tak, jak w grzejnikach żeliwnych. Później pojawiły się grzejniki ze zintegrowanym systemem przyłącznym, w którym podłączenie było jednoznacznie ustalone, tzn. standardowo z prawej strony grzejnika, a na specjalne zamówienie także z lewej.

Zamówionego grzejnika prawego nie można było zamontować z lewym podłączeniem. Obecnie prawie każdy producent ma w ofercie grzejniki, których podłączenie znajduje się dokładnie w środku grzejnika. Ma to tę zaletę, że montując instalację w budynku, nie trzeba wiedzieć, jakiej wielkości grzejnik tam się znajdzie. Dzięki podłączeniu środkowemu można zamontować każdy grzejnik tego samego typu, ale różniący się wymiarami.

W zasadzie nie spotyka się już grzejników, które nie są zabezpieczone przed korozją technologią KTL. Technika ta, nazywana kataforetycznym powlekaniem powierzchni metalowych, polega na dostarczeniu na powierzchnię grzejnika ujemnego ładunku elektrycznego o napięciu ok. 400 V i zanurzeniu go w wodnym roztworze farby gruntującej, która ma ładunek dodatni.

Wzajemne przyciąganie się przeciwnie naładowanych cząsteczek powoduje silne i dokładne pokrycie całej, także wewnętrznej (między panelami i żebrami konwekcyjnymi) powierzchni grzejnika. Dzięki takiej metodzie zabezpieczenia grzejniki mają zwiększoną odporność na korozję. Technologia ta stosowana jest obecnie przy produkcji wszystkich grzejników.

Parametry pracy

Na zakończenie warto dodać parę uwag o parametrach pracy grzejników. Kiedyś przyjęcie parametrów wody grzejnej dla grzejników niższej niż 70/55°C było rzadkością, gdyż kotły klasyczne nie bardzo „lubiły” niskie temperatury pracy (parametry pracy dobierane są dla temperatury zewnętrznej obliczeniowej, która jeżeli występuje, to rzadko i krótko). Sytuacja zmieniła się bardzo, gdy kotły gazowe kondensacyjne opanowały rynek, a pompa ciepła nie jest już rzadkością.

Uwzględniając fakt, że przy coraz lepszej izolacji cieplnej zapotrzebowanie na ciepło bardzo spadło, ze 100 W/m² do nawet 40 W/m², wielkość grzejników dotychczas stosowanych nie uległa zmianie, mimo zmniejszenia się parametrów pracy instalacji grzewczej. Przy doborze grzejników należy jednak pamiętać, że niższa temperatura średnia wody w grzejniku pociąga za sobą konieczność zwiększenia jego powierzchni (przy tej samej mocy grzejnika), a zmniejszenie różnicy temperatury zasilania i powrotu daje szybszy przepływ wody przez grzejnik. Jest to ważne, bo obie wielkości mają wpływ na prawidłową pracę źródła ciepła, szczególnie kotłów gazowych i olejowych.