Ogrzewanie hal przemysłowych

Gdy wchodzi się do hali wybudowanej przed laty, już na pierwszy rzut oka można zauważyć stalowe grzejniki ożebrowane pod oknami (na ścianach zewnętrznych) i, w niektórych halach, nagrzewnice powietrzne zawieszone na wewnętrznych słupach. Na pytanie o skuteczność takiego ogrzewania, użytkownicy odpowiadają bardzo różnie, gdyż w zależności od tego, co się aktualnie wewnątrz hali dzieje (produkcja, wykorzystanie innych źródeł ciepła) mogą oceniać sytuację pozytywnie lub bardzo negatywnie. Dlaczego tak jest?

Żeby osiągnąć założoną temperaturę, należy nie tylko pokryć straty ciepła, ale także przewidzieć zorganizowane i przypadkowe ruchy powietrza wewnątrz hali (np. często otwierane wrota i brak kurtyn powietrznych), które mogą wpływać na odczucie komfortu pracujących w niej ludzi. W hali przemysłowej ciepłe powietrze ucieka do góry, a zimne napływa do strefy roboczej, z czym walczy prawie każdy projektant.Urządzenia, które możemy wykorzystać do ogrzania hali, to:

• tradycyjne grzejniki wodne,
• promienniki wodne, elektryczne lub gazowe,
• nagrzewnice powietrzne wodne, gazowe lub olejowe,
• układy mieszane.

Grzejniki wodne umieszczane na ścianach zewnętrznych pod oknami mają tę zaletę, że ogrzewane przez nie powietrze unosi się do góry wzdłuż okien, tworząc kurtynę powietrzną. Niestety mają one bardzo mały wpływ na strefy znajdujące się wewnątrz hali. Bardzo często ogrzewanie takie stosowane jest jako dyżurne, czyli zapewniające podstawową temperaturę w okresie, gdy hala jest nieczynna.

Promienniki, bez względu na ich źródło ciepła, są bardzo efektywne, gdy pracownicy przebywają tylko w określonych strefach hali. Nie trzeba wtedy zapewniać odpowiedniej temperatury w pozostałych miejscach, co może dawać duże oszczędności energii.Nagrzewnice powietrzne, stojące w hali lub zawieszone na słupach albo pod stropem, bez względu na źródło ciepła działają podobnie. Mogą pracować wyłącznie na powietrze wewnętrzne lub zewnętrzne albo z recyrkulacją, czyli na powietrze wewnętrzne i zewnętrzne, których stosunek jest regulowany.

Z powyższych metod ogrzewania dwie pierwsze (grzejniki i promienniki) w zasadzie nie wymagają zastanawiania się nad ich lokalizacją, bo jest ona jednoznacznie określona. Grzejniki powinny znaleźć się pod ścianami zewnętrznymi, a promienniki nad miejscami, które chcemy ogrzać. Natomiast gdy przystępujemy do lokalizacji nagrzewnic powietrznych, sprawa zaczyna się komplikować.

Ciepłe powietrze ma określone cechy fizyczne, z którymi trudno walczyć, przede wszystkim to, że unosi się do góry i nawet jeżeli nadamy mu dostatecznie dużą prędkość, by dotarło do strefy roboczej, nie będzie w niej długo przebywać, tylko znów uniesie się w górę. Aby zmusić je do powrotu do strefy roboczej, opracowano specjalne wentylatory (destratyfikatory), które umieszczone pod stropem hali kierują ciepłe powietrze w dół. Innym problemem jest wyginanie się strumienia powietrza pod wpływem ruchów powietrza w hali.

Prawidłowo zaprojektowana nagrzewnica i zlokalizowana zgodnie z zaleceniem producenta może w praktyce nie spełnić swojej funkcji. Wystarczy, że w hali znajdą się stale otwierane wrota, przez które wjeżdża samochód lub wagon kolejowy, a cała praca pójdzie na marne. Przeciągi powstające w trakcie otwierania i zamykania bram oraz ruch pojazdów nie powinny być lekceważone. Zwiedzając kiedyś świeżo oddaną do użytku halę produkcyjną, musiałem wysłuchać wiele gorzkich słów o ogrzewaniu, bo pracujące tam osoby (głównie kobiety) myślały, że jestem jego projektantem. W tamtym przypadku nawiewy ciepłego powietrza były tak umiejscowione, że po nogach pracujących kobiet wiało powietrze, ale niestety zimne.

Od tego czasu dużo się zmieniło. Projektant ma do dyspozycji najróżniejsze konstrukcje nagrzewnic powietrza. Podstawą jest gorąca woda doprowadzana do nagrzewnic, a gaz ziemny czy olej opałowy lu gaz płynny jako paliwo mogą być zastosowane zarówno do nagrzewnic powietrza stojących, jak i wiszących. Regulowane łopatki kierujące powietrze nawiewane pozwalają na automatyczne ich przestawianie w zależności od tego, co się dzieje w strefie roboczej. Kurtyny powietrzne są specyficznymi nagrzewnicami powietrza.

Ich zadaniem jest ograniczenie wypływu ciepłego powietrza z hali (albo zmniejszenie napływu zimnego powietrza). W halach, w których kurtyny są zainstalowane, należy dobrze przeanalizować ruch powietrza wywołany przez nagrzewnice oraz wpływ innych urządzeń na jego kierunek. Czasami wystarczy spojrzeć na plan hali z zaznaczonymi nagrzewnicami i kierunkiem wypływu powietrza, aby zauważyć, że może występować kolizja strumieni powietrza i któreś z urządzeń (np. kurtyna powietrzna) nie zadziała odpowiednio.

Ogrzewanie powietrzne jest ogrzewaniem o najmniejszej bezwładności. Korzysta się z tego, gdy trzeba ogrzać jakiś obiekt w krótkim czasie. Wprowadzony do hali w zimie wagon kolejowy ma bardzo dużą pojemność cieplną (w tym przypadku chłodu), do tego dochodzi wychłodzony towar, który w wagonie się znajduje. Jeżeli zostawimy taki wagon, aby ogrzał się sam, stojąc w hali, to osoby pracujące w jego strefie mogą skarżyć się na dyskomfort, bo będą podlegać promieniowaniu cieplnemu odbierającemu ich ciepło w kierunku wagonu. Aby temu zapobiec, można w strefie wagonu ustawić nagrzewnice o odpowiedniej mocy cieplnej i wydajności.

Często zapomina się także o wpływie ciśnienia dynamicznego wytwarzanego przez nagrzewnice powietrza na pracę innych urządzeń. Chyba najprostszym przykładem takiego niebezpieczeństwa jest rozprowadzanie zanieczyszczeń powietrza, gdy nagrzewnica powietrza zakłóca pracę odciągów miejscowych. Odciągi są konstrukcjami precyzyjnie dopasowanymi do urządzenia, z którym współpracują. Ustawienie nagrzewnicy w pobliżu takiego urządzenia i dodatkowo skierowanie strumienia nawiewanego powietrza w kierunku odciągu może spowodować całkowite ustanie jego funkcji. Będzie on odciągał powietrze potrzebne do ogrzewania hali zamiast zanieczyszczeń powstających w procesie produkcyjnym.

Prawidłowa analiza ruchów powietrza w halach wielkokubaturowych nie jest prosta, gdyż liczba czynników, które mogą wpływać na ruch powietrza w hali, jest duża. Jeżeli projektantowi uda się uwzględnić w swoim projekcie większość z nich, powinien być z tego zadowolony, gdyż wszystkich nie jest w stanie przewidzieć. Ale od czego jest automatyczna regulacja?

Literatura

1. Kowalski J., Ogrzewanie powietrzne hali przemysłowej, „Rynek Instalacyjny” nr 12/2008.
2. Kiedrowski W.L., Jakie źródło ciepła wybrać do ogrzewania hali, „Rynek Instalacyjny” nr 9/2007