Klimakonwektory, grzejniki niskotemperaturowe i rozdzielacze we współpracy z pompą ciepła
Klimakonwektor Airleaf,
Fot. Hosterm
Dość powszechne jest przekonanie, że w instalacjach z pompą ciepła, czyli niskotemperaturowych, sprawdzi się tylko ogrzewanie płaszczyznowe. Tymczasem przy zachowaniu odpowiednich zasad projektowania, doboru, wykonawstwa i użytkowania instalacja może być oparta także na grzejnikach niskotemperaturowych. W instalacjach grzewczych niskotemperaturowych coraz ważniejsze miejsce zajmują również klimakonwektory.
Ogrzewanie niskotemperaturowe (low temperature heating) to ogrzewanie wodne, w którym woda grzewcza (zasilająca) ma temperaturę 30–55°C, zamiast charakterystycznej dla systemów wysokotemperaturowych 70–80°C. Ogrzewanie takie dobrze sprawdza się w budynkach (nowych lub po termomodernizacji), w których zapotrzebowanie na ciepło jest niższe od 40 W/m2. We współczesnych budynkach mieszkalnych, przy prawidłowo i zgodnie z prawem wykonanej izolacji, nie jest niczym niezwykłym.
Źródłem niskotemperaturowej wody grzewczej jest najczęściej nowoczesne źródło ciepła, takie jak gazowy kocioł kondensacyjny, kocioł na biomasę lub – coraz częściej – pompa ciepła. Może ona współpracować nie tylko z kojarzonym z instalacją niskotemperaturową ogrzewaniem płaszczyznowym (np. podłogowym), ale też z instalacją grzejnikową – oczywiście pod warunkiem prawidłowego doboru grzejników niskotemperaturowych (znanych także pod innymi nazwami, np. grzejniki LTH lub grzejniki dużego formatu).
Ścienne grzejniki niskotemperaturowe – podstawy
Instalacje grzejnikowe z pompą ciepła są nieco droższe w eksploatacji niż te z podłogówką, a grzejniki muszą być odpowiednio zwymiarowane – tak, by miały odpowiednio dużą powierzchnię wymiany ciepła. W ofercie producentów można spotkać zarówno grzejniki specjalnie przystosowane do instalacji niskotemperaturowej, jak i uniwersalne urządzenia płytowe, które sprawdzą się pod warunkiem ich prawidłowego doboru i zwymiarowania. Wraz z trendem malejącego obciążenia cieplnego budynków ewoluuje też konstrukcja grzejników – m.in. w kierunku poprawy wydajności. Dzięki temu grzejniki mogą mieć mniejsze wymiary niż jeszcze kilka lat temu. Obecnie, choć grzejniki w instalacjach niskotemperaturowych są zwykle większe niż w tradycyjnych o wyższych parametrach zasilania, nie jest to już różnica znacząca.
Grzejniki niskotemperaturowe muszą mieć możliwie największą efektywną powierzchnię wymiany ciepła. Jak wskazuje jeden z producentów, grzejniki takie mogą charakteryzować się powierzchnią kontaktu z ogrzewanym powietrzem o nawet połowę wyższą niż tej samej wielkości typowe, wysokotemperaturowe grzejniki płytowe. Wymianę ciepła z otoczeniem poprawia odpowiednie fałdowanie płyty grzejnika.
Sam układ grzewczy, w który wyposażony jest grzejnik niskotemperaturowy, powinien mieć możliwie małą masę, co przekłada się na niską bezwładność cieplną. Umożliwia ona szybką reakcję urządzenia na zmiany zapotrzebowania na ciepło, szczególnie te gwałtowne (np. wietrzenie, nagły wzrost nasłonecznienia, dodatkowe zyski ciepła etc.). Pozwala to na efektywną energetycznie pracę układu grzewczego i jego skuteczną regulację.
Wśród przewag grzejników niskotemperaturowych nad tradycyjnymi wysokotemperaturowymi wymienia się m.in. mniejsze zużycie energii (o ok. 30%), równomierne rozprowadzanie ciepła w pomieszczeniu i mniejsze unoszenie kurzu w powietrzu.
Te dwie ostatnie cechy związane są z mniejszym udziałem konwekcji, a większym udziałem promieniowania w sposobie przekazywania ciepła. Proporcja ta jest jednak mniej korzystna niż w przypadku ogrzewania podłogowego, które – bazując na przekazywaniu ciepła przez promieniowanie – zapewnia szczególnie przyjazny rozkład temperatury w pomieszczeniu i duży komfort cieplny. W przypadku grzejnika (nawet niskotemperaturowego) rozkład ten jest mniej sprzyjający niż dla podłogówki ze względu na duże znaczenie konwekcji. Jednak to właśnie konwekcja wpływa m.in. na bardzo szybkie wyrównanie temperatury powietrza w pomieszczeniu w przypadku zmieniających się warunków.
Niektóre grzejniki wyposażone są w miedziane układy wodne i aluminiowe wymienniki. Układ oddawania ciepła zbudowany jest z lamel z blachy aluminiowej osadzonych pionowo na rurach grzejnych układu wodnego. Odpowiednio wygięte krawędzie lamel ciasno do siebie przylegają i tworzą przednią i tylną ścianę grzejnika. Takie rozwiązanie przyczynia się do efektywnego oddawania energii przez konwekcję i promieniowanie w instalacjach niskotemperaturowych.
Wykonanie i instalacja, czyli kluczowa rola rozdzielaczy
Niskotemperaturowa instalacja grzejnikowa wymaga zastosowania odpowiedniego systemu rozdzielaczowego, z podłączeniem do rozdzielacza każdego obiegu oddzielnie. Dla instalacji niskotemperaturowej warto wybrać rozdzielacz z materiału odpornego na tworzenie biofilmu (a wtórnie osadzanie kamienia kotłowego i korozję), ponieważ instalacja taka jest podatna na zarastanie biofilmem. Szczególną odpornością, potwierdzoną długim okresem gwarancyjnym, wyróżniają się tu poliamid (PA 66) i stal nierdzewna. Rozdzielacze wykonuje się także ze stali i mosiądzu, a rzadziej z polifluorku winylidenu (PVDF) czy polikarbonatu (PC).
Rozdzielacz powinien być wyposażony w odpowiednie komponenty regulacyjne, czyli wskaźniki przepływu (przepływomierze lub rotametry) i wkładki termostatyczne. Dzięki wskaźnikowi przepływu można wyregulować nastawy przepływu, precyzyjnie ustawiając jego wielkości na każdym obiegu. Natomiast wkładki termostatyczne niezależne od ciśnienia mają za zadanie utrzymanie ustawionego przepływu w danym obiegu bez względu na zachowanie pozostałych. Wkładki są przygotowane do montażu sterowników termoelektrycznych, które współpracując z termostatami pokojowymi, będą reagowały na zmianę temperatury w pomieszczeniach poprzez zamykanie lub otwieranie poszczególnych obiegów.
Zaleca się zastosowanie gotowych rozdzielaczy. W takim rozwiązaniu belki, uchwyty, elementy regulacyjne i pomiarowe, zestaw odpowietrzająco-spustowy (kurki i odpowietrzniki) pochodzą od jednego producenta i są skompletowane fabrycznie w zespół przygotowany do bezpośredniego montażu w szafce rozdzielaczowej. Ułatwia to i usprawnia montaż, a także zapewnia gwarancję na całe urządzenie, a nie tylko poszczególne elementy.
Regulacja grzejników w instalacji niskotemperaturowej
Z użytkowego punktu widzenia ważne jest odmienne niż w przypadku wysokotemperaturowych źródeł ciepła sterowanie ogrzewaniem. Stosuje się regulatory pogodowe i pokojowe. Te pierwsze dostosowują temperaturę wody grzewczej do warunków panujących na zewnątrz, zwiększając temperaturę wody doprowadzanej do grzejników, kiedy temperatura zewnętrzna maleje. Regulator pogodowy nie uwzględnia jednak specyficznych warunków panujących w konkretnym pomieszczeniu – np. wpływu wietrzenia lub nagłego wzrostu nasłonecznienia – nie mówiąc już o preferencjach użytkowników dotyczących temperatury w danym pomieszczeniu, ponieważ zapewnia zachowanie optymalnej temperatury ustawionej uniwersalnie dla całej instalacji grzewczej (według tzw. krzywej grzewczej). Natomiast regulator pokojowy obsługujący konkretne pomieszczenie daje możliwość zmiany temperatury o różnych porach doby, zależnie np. od aktywności czy przeznaczenia pomieszczenia (np. niższa temperatura w garażu czy sypialni). Można oczywiście łączyć walory pracy obu regulatorów.
Konieczne jest też zapewnienie oczekiwanego przepływu w pompie ciepła poprzez odpowiednie rozwiązanie pracy instalacji grzewczej. Rozwiązania są różne – od kilku grzejników otwartych na stałe, przez zbiornik buforujący lub układ równoważący współpracujący z pompą ciepła, po rozwiązanie buforujące zintegrowane z pompą ciepła. Wybór konkretnego rozwiązania zależy od zasobności portfela inwestora i jego świadomości.
Współpraca instalacji niskotemperaturowych
W instalacjach grzewczych można też łączyć grzejniki niskotemperaturowe z ogrzewaniem podłogowym. Rozwiązania mogą być różne, np.:
- grzejniki są dominującym emiterem ciepła, a ogrzewanie podłogowe wspomaga je w wybranych pomieszczeniach z uwagi na komfort (np. sypialnia, pokój dziecka);
- ogrzewanie podłogowe dominuje, a grzejniki wspomagają dostarczanie ciepła do pomieszczeń w okresach szczytowego zapotrzebowania na ciepło – rozwiązanie to sprawdzi się np. przy zastosowaniu na podłogach naturalnego drewna, które w pewnych warunkach może nadmiernie izolować ogrzewanie podłogowe od pomieszczenia;
- ogrzewanie podłogowe ustawione jest na stałą temperaturę podstawową, a ogrzewanie grzejnikowe zapewnia „dogrzanie” do optymalnej temperatury 20°C. Rozwiązanie to dobrze sprawdzi się np. między sezonami, kiedy jest za ciepło na uruchomienie ogrzewania podłogowego, ale podczas chłodnych nocy warto uruchomić szybko nagrzewające się grzejniki.
Rozwiązania praktyczne – dla instalacji nowych i modernizacji
Ciekawym, ale droższym od typowego rozwiązaniem praktycznym jest grzejnik płytowy z oddolnym podejściem środkowym. Dzięki temu przyłącze można wykonać na etapie stanu surowego, np. w osi okna – jego położenie już się nie zmieni, niezależnie od wielkości i typu grzejnika, który zostanie w pomieszczeniu rzeczywiście zamontowany. Rozwiązanie to ułatwi pracę instalatorom, a także oszczędzi dodatkowych nerwów i nakładów inwestorom w przypadku, kiedy grzejnik okaże się za mały. Może się to zdarzyć, jeśli np. zmienią się warunki projektowe, choćby izolacja, i zapotrzebowanie danego pomieszczenia na ciepło będzie większe niż zakładane – grzejnik można łatwo wymienić bez konieczności przeróbek instalacji.
Grzejniki z podłączeniem środkowym mają zwykle w nazwie konkretne wyróżnienie (np. dodatkowe oznaczenie literowe).
Ścienny grzejnik niskotemperaturowy może być też wspomagany wentylatorem, który poprawia cyrkulację powietrza i usprawnia konwekcję, ale także schładzanie wody grzewczej płynącej przez układ grzewczy grzejnika, co zwiększa jego wydajność. Wentylator można wpiąć do grzejnika przystosowanego do pracy z nim (konieczny jest odpowiedni system mocowania). Jest to rozwiązanie korzystne np. dla tych inwestorów, którzy obecnie dysponują standardowym (wysokotemperaturowym) źródłem ciepła, ale dopuszczają jego wymianę. Wówczas grzejnik pracuje bez wentylatora jako wysokotemperaturowy, a po wymianie źródła ciepła na kondensacyjny czy pompę ciepła przechodzi na pracę niskotemperaturową i pracuje już z wentylatorem.
Jeśli w remontowanym budynku nie są wymieniane przewody instalacji grzewczej, nadal można użyć grzejnika niskotemperaturowego. Należy wówczas sięgnąć po tzw. grzejniki modernizacyjne, które dzięki rozstawowi otworów przyłączeniowych dostosowanemu do starej instalacji (500 mm w osiach otworów) można łatwo dopasować do istniejącego układu przewodów.
Klimakonwektory przypodłogowe – niskotemperaturowa propozycja dla domów jednorodzinnych
W połączeniu z niskotemperaturowym źródłem ciepła dobrze sprawdzają się też klimakonwektory (fan coils), zwane czasem grzejnikami rewersyjnymi. Przewagą tych urządzeń nad klasycznymi grzejnikami jest możliwość ich wykorzystania do chłodzenia pomieszczeń latem. Warunkiem jest zastosowanie jako źródła ciepła tzw. rewersyjnej pompy ciepła, która będzie pracować również latem, jednak w odwróconym obiegu, jako źródło wody lodowej. W dzisiejszej ofercie rynkowej producentów rewersyjne pompy ciepła nie są niczym nietypowym – jeśli nawet nie są takie w standardzie, jest to dodatkowa opcja.
W domach jednorodzinnych najczęściej stosuje się klimakonwektory przypodłogowe montowane pionowo, które nieco przypominają modernistyczną wersję tradycyjnego grzejnika. Producenci dążą do „wysmuklania” urządzeń, by głębokość klimakonwektora była jak najmniejsza (np. ok. 12 cm). Smukłość obudowy zwiększa wymagania wobec komponentów klimakonwektora, więc wersja „slim” może być droższa od podstawowej.
W klimakonwektorze woda grzewcza przepływa przez wymiennik złożony z rur miedzianych i lamel aluminiowych, co zapewnia szybkie ogrzanie lub schłodzenie powietrza w pomieszczeniu. W domach jednorodzinnych zwykle stosuje się klimakonwektory dwururowe, w których wymiennik sezonowo (ręcznie lub automatycznie – w oparciu o zadaną temperaturę) przełącza się z trybu grzania w tryb chłodzenia lub odwrotnie.
Klimakonwektory mogą być wyposażone w wentylator o sprężu 30–70 Pa, który odpowiada za nawiewanie powietrza na wymiennik i przetłaczanie go do pomieszczenia. W trybie grzania fan coile wykorzystują dwa sposoby przepływu ciepła – nawiew ciepłego powietrza wymuszony działaniem wentylatora oraz promieniowanie do wnętrza panelu czołowego, który następnie ogrzewa pomieszczenie na drodze konwekcji. Producenci koncentrują się na zapewnieniu cichej pracy i małego zużycia energii przez wentylator. W przypadku obu tych zadań sprawdza się stosowanie silników EC z płynną regulacją obrotów (inwerterową). Płynna regulacja obrotów zapewnia też szybką reakcję na wahania temperatury w pomieszczeniu czy zmienne warunki pracy, takie jak wahająca się temperatura powietrza na wlocie czy wielkość przepływu. Fan coil wyposaża się też w filtr, zwykle wykonany z włókien z tworzywa sztucznego (np. polipropylen, akryl), a opcjonalnie także w inne rozwiązania poprawiające jakość powietrza, np. pod względem czystości mikrobiologicznej.
Grzejniki niskotemperaturowe powinny spełniać wymagania normy PN-EN 442-1:2015-02 Grzejniki i konwektory. Cz. 1: Wymagania i warunki techniczne, a klimakonwektory normy PN-EN 16430-1:2015-02 Wspomagane wentylatorowo radiacyjne, konwekcyjne i kanałowe wymienniki ciepła. Cz. 1: Specyfikacje techniczne i wymagania. Są to normy nieobowiązkowe (niepowołane w Załączniku nr 1 do Warunków Technicznych), jednak wybór grzejników czy klimakonwektorów spełniających te wymogi jest gwarancją ich prawidłowego wykonania i jednoznacznego określenia parametrów cieplnych.
