Grzejniki konwekcyjne i promienniki

Do niedawna na rynku grzejników domowych niepodzielnie królowały wodne urządzenia konwekcyjne. Dziś coraz większą rzeszę zwolenników zdobywają systemy ogrzewania oparte na promiennikach ciepła. Ze względu na efektywność pracy oraz pozytywny wpływ generowanej energii na organizm człowieka, tego typu urządzenia stały się przedmiotem zainteresowania wielu producentów systemów grzewczych.

Ogrzewanie a komfort cieplny i efektywność energetyczna

Temperatura otoczenia to jedna z najistotniejszych części składowych mikroklimatu, wpływająca na odczucie komfortu cieplnego przez domowników przebywających w konkretnym pomieszczeniu. O odczuwaniu komfortu cieplnego mówimy wtedy, kiedy organizm znajduje się w stanie balansu cieplnego z otoczeniem, tj. ilość ciepła wyprodukowana przez organizm równoważy się z ilością ciepła oddawaną do otoczenia (szczegóły dotyczące komfortu cieplnego w danych warunkach opisuje norma PN EN 7730:2006).

W każdym pomieszczeniu optymalna temperatura (stan komfortu cieplnego) to wypadkowa wartości dwóch temperatur: powietrza oraz powierzchni. Wymienione składowe są związane z dwoma różnymi zjawiskami. Temperatura powietrza, w najprostszym ujęciu, może być rozumiana jako rezultat przenoszenia przez cząsteczki gazu pewnej ilości energii — ten mechanizm transportu ciepła nazywamy konwekcją. Z kolei powierzchnie emitują ciepło tym większe, im wyższa jest ich temperatura — w tym przypadku mówimy o promieniowaniu (to samo zjawisko pozwala na czerpanie energii ze słońca, np. przez kolektory słoneczne).

© DANFOSS

Dla odczucia komfortu cieplnego szczególnie korzystne jest promieniowanie — jeżeli powierzchnie w ogrzewanym pomieszczeniu są ciepłe, możliwe jest uzyskanie pożądanego poziomu temperatury odczuwanej przy niższej rzeczywistej temperaturze powietrza. Dzięki temu pomieszczenie jest ogrzewane efektywnie przy mniejszej ilości dostarczonej energii.

Grzejniki konwekcyjne

Zdecydowana większość grzejników spotykanych w sklepach, a także w istniejących instalacjach to urządzenia, których działanie opiera się na konwekcji. Do tej grupy zalicza się szereg produktów zróżnicowanych pod kątem technologii wykonania i materiałów. Najpopularniejsze obecnie są grzejniki stalowe — płytowe oraz aluminiowe — oraz tzw. konwektory. Dodatkowo wymienić należy tutaj montowane w łazienkach grzejniki drabinkowe i tzw. kanałowe, instalowane w podłodze.

W ofercie producentów znajdują się urządzenia zasilane wodą (należą one do najczęściej wybieranych), a także elektryczne. W pierwszym przypadku grzejnik stanowi wymiennik ciepła — woda przepływająca we wnętrzu przekazuje ciepło do elementów ogrzewających powietrze. W grzejnikach członowych — aluminiowych — dąży się do uzyskania rozwiniętej powierzchni grzewczej wytłaczanego profilu, przez co kaloryfer uzyskuje dodatkowo estetyczny kształt. Sprawia to jednak, że jest delikatny. W stalowym urządzeniu płytowym woda przebiega w kanałach powstałych na skutek odpowiedniego wyprofilowania i zgrzania dwóch płyt stalowych. Oczywiście możliwe jest wykonanie odbiornika złożonego np. z dwóch czy trzech takich elementów, co wpływa na pojemność, ale jednocześnie znacznie zwiększa powierzchnię wymiany ciepła. Innym typem grzejnika jest konwektor, stanowiący swego rodzaju zestaw kanałów, którymi powietrze przepływa od dołu do góry, wewnątrz konwektora.

Urządzenia elektryczne to właściwie zwykłe grzałki oporowe umieszczone w podkładzie nośnym lub obudowie zbudowanej ze specjalnego materiału, np. ceramiki. W tym przypadku oddawanie ciepła jest wspomagane pracą wentylatora, wymuszającego obieg powietrza wewnątrz grzejnika. Wentylator stosuje się także w przypadku grzejników kanałowych.

Bez względu na budowę, wszystkie grzejniki konwekcyjne ogrzewają pomieszczenie w ten sam sposób: chłodne powietrze (cząsteczki gazu), znajdujące się w dolnych partiach pomieszczenia, przepływając w pobliżu i wewnątrz grzejnika, przejmuje ciepło jego powierzchni, po czym na skutek zmniejszenia gęstości unosi się i w wyższych partiach przemieszcza się w dalsze części pokoju. Dzięki temu następuje proces naturalnej cyrkulacji. Zadowalającą efektywność pracy grzejnika konwekcyjnego uzyskamy tylko w przypadku, gdy jest on odpowiednio usytuowany — zaleca się umieszczanie urządzeń w miarę możliwości pod oknami.

Grzejnik konwekcyjny © DANFOSS

Promienniki ciepła

Tak jak w przypadku grzejników konwekcyjnych, również do najpopularniejszych rodzajów promienników ciepła należą promienniki wodne i elektryczne. Te ostatnie jednak, ze względu na wysokie koszty i specyfikę działania, częściej wykorzystuje się w aplikacjach specjalnych — np. do ogrzewania miejscowego (pojedyncze stanowisko pracy, okresowe rozmrażanie powierzchni, wspomaganie innego systemu ogrzewania, często przenoszone stanowiska itp.).

Mimo iż między promiennikami a grzejnikami tradycyjnymi można dostrzec pewne podobieństwa, to oba systemy ogrzewania diametralnie się od siebie różnią. Dla osiągnięcia odpowiednich parametrów pracy, promienniki wodne montowane są najczęściej na suficie (choć możliwy jest także montaż na ścianie). Urządzenia te oddają większość (ok. 80 proc.) ciepła poprzez promieniowanie. W tym miejscu należy podkreślić, że nie ma możliwości wyizolowania tylko jednego mechanizmu przekazywania energii, dlatego jej część promienniki zawsze oddają na drodze konwekcji (analogicznie — grzejniki konwekcyjne wypromieniowują część ciepła). Systemy oparte na promieniowaniu nie ogrzewają bezpośrednio powietrza w pomieszczeniu — oddziałują wprost na znajdujące się w nim powierzchnie.

Oprócz niższych kosztów eksploatacyjnych, promienniki wodne posiadają jeszcze jedną zaletę odróżniającą je od urządzeń elektrycznych oraz wszystkich grzejników konwekcyjnych — latem instalacja może być wykorzystywana do obniżania temperatury pomieszczeń. Chłodzenie opiera się jednak już na innym zjawisku: ciepło z pomieszczenia jest przejmowane (absorbowane) przez powierzchnię urządzenia o niskiej temperaturze, osiągniętej przez przepływ zimnego medium.

Charakterystyka instalacji w ogrzewaniach różnego typu

Metoda dołączenia grzejnika do sieci jest istotna z punktu widzenia osiąganej mocy urządzenia, która, w przypadku błędów montażowych, może obniżyć się nawet o połowę.

Najpopularniejszą metodą łączenia grzejników z instalacją jest tzw. połączenie boczne jednostronne. Wybór danego rozwiązania zależy zawsze od indywidualnych uwarunkowań. Przykładowo, jeżeli zakupione grzejniki są bardzo długie (powyżej 2 m), zastosowanie znajdzie technika krzyżowa (zasilanie dołączane jest po lewej lub prawej stronie u góry, natomiast powrót — odpowiednio po prawej lub lewej stronie u dołu). Z kolei, gdy rurki instalacji wodnej znajdują się pod podłogą, instalatorzy często decydują się na tzw. połączenie siodłowe lub podpodłogowe.

Grzejniki konwekcyjne © IMMERGAS

Jeżeli chodzi o montaż, to zdecydowanie mniej kłopotów niż promienniki przysparzają grzejniki konwekcyjne. Wyjątek może stanowić ogrzewanie kanałowe, wymagające wykonania w podłodze kanałów w celu umieszczenia w niej urządzeń. Aby osiągnąć pożądany efekt, sugerowane jest umieszczanie grzejników konwekcyjnych pod oknami. Istotny jest stopień i forma zabudowy kaloryfera, ponieważ znacznie wpływa na efektywność i koszty ogrzewania. Producenci urządzeń podają minimalną odległość, jaka powinna dzielić górę grzejnika od parapetu. Jeżeli zdecydujemy się na zmniejszenie tego dystansu, musimy liczyć się z faktem, iż każdy odjęty centymetr obniży efektywność ogrzewania o kilka procent. Sam parapet, przy zachowaniu wspomnianych wyżej zasad, nie pogarsza parametrów pracy urządzenia, a stanowi raczej swego rodzaju kierownicę, nadającą ogrzanemu strumieniowi powietrza odpowiedni tor ruchu — w głąb pomieszczenia.

Kwestią niezwykle istotną, zarówno w przypadku grzejników konwekcyjnych, jak i promienników, jest masa całkowita (wraz z medium). W przypadku większych urządzeń montaż na pewnych elementach konstrukcji domu może okazać się problematyczny.

Przy zastosowaniu wodnych promienników sufitowych, zyskujemy większą swobodę aranżacji wnętrza, nie musimy bowiem wygospodarować w każdym pomieszczeniu miejsca na zamontowanie lub postawienie grzejników tradycyjnych. Z kolei montaż urządzenia na suficie jest bardzo kłopotliwy dla jednego instalatora. Jak zatem go wykonać? W pierwszej kolejności w suficie, bądź dodatkowym elemencie wzmacniającym, mocuje się zawiesia (najczęściej łańcuchowe), do których następnie przypina się promienniki. Oczywiście możliwe jest łączenie wielu promienników. Rury mogą być wówczas spawane lub zaciskane, przy czym pierwsze rozwiązanie jest hydraulicznie bardziej wytrzymałe. Zasilanie w obiegu może być zrealizowane po tej samej stronie promiennika co powrót wody do źródła ciepła, lub przeciwnie.

© PURMO

Wady i zalety różnych systemów

Nie ma rozwiązań idealnych, a dobór odpowiedniego systemu ogrzewania zawsze zależy od indywidualnych uwarunkowań inwestycyjnych. Zaletą grzejników konwekcyjnych jest z pewnością prosta instalacja oraz niezwykle bogaty wybór urządzeńj. W zależności od preferencji i zasobności portfela, można wybierać spośród różnych materiałów, kształtów, technologii wykonania, a także kolorów. Ponadto, montaż tego typu urządzeń może być przeprowadzony nawet w już wykończonych pomieszczeniach. Również ewentualny demontaż, ze względu na konieczność naprawy czy wymiany urządzenia, nie jest problematyczny. Sterowanie pracą grzejników może odbywać się zbiorczo lub indywidualnie dla każdego urządzenia, za pomocą zaworu termostatycznego. W prosty sposób można wyłączyć część grzejników, np. kiedy dane pomieszczenie przez długi czas pozostaje puste. Regulację ułatwia także mała bezwładność cieplna nowoczesnych urządzeń konwekcyjnych, wynikająca z ich niewielkiej pojemności. Istotny jest również fakt, iż klasyczny kaloryfer można bez problemu dobrać pod kątem mocy do każdego pomieszczenia.

Z pewnością najważniejszym argumentem, przekonującym inwestorów do wyboru systemu konwekcyjnego, jest relatywnie niski koszt jego zakupu oraz montażu. Pod tym kątem, ze względu na specyfikę systemu rozprowadzania ciepłej wody, promienniki wypadają zdecydowanie mniej korzystnie. Przynoszą jednak znaczne oszczędności w trakcie eksploatacji. W zależności od producenta, deklarowana oszczędność energii w porównaniu z systemem konwekcyjnym, waha się w granicach 30–40 proc. Warto jednak wspomnieć, iż najwyższą efektywność pracy uzyskuje się w przypadku wysokich pomieszczeń, a nie pokoi o geometrii charakterystycznej dla nowoczesnego budownictwa mieszkaniowego.

artykuł pochodzi z kwartalnika
Kreator Projekty wydanie 04/2013
więcej o kwartalniku czytaj na
Kreator Projekty.pl

W odróżnieniu do klasycznych grzejników, promienniki tworzą system niskotemperaturowy, co zapewnia komfortowy mikroklimat. Ponadto, promieniowanie jest gwarancją optymalnego rozkładu temperatury w pomieszczeniach, a to jest trudne do uzyskania w przypadku grzejników konwekcyjnych. Dzięki ograniczeniu ruchu powietrza, znacznie zmniejsza się rozprzestrzenianie kurzu, który z drugiej strony dość obficie może gromadzić się na górnej powierzchni promienników.

W najbliższej przyszłości będziemy obserwować dynamiczny rozwój technik grzewczych opartych na promieniowaniu ciepła. Są to rozwiązania wartościowe z uwagi na rosnące ceny paliw i dążenie inwestorów do zwiększania efektywności energetycznej w budownictwie. Istotny jest również wpływ promieniowania na odczucie komfortu cieplnego. Jednak, mimo licznych zalet promienników, dzięki relatywnie niskim kosztom inwestycyjnym, mnogości dostępnych rozwiązań i prostocie wykonania instalacji, możemy być pewni, że również grzejniki konwekcyjne wciąż będą cieszyć się dużą popularnością.

Mateusz Szubel
AGH Akademia Górniczo-Hutnicza
Wydział Energetyki i Paliw