Każdy projektowany całoroczny budynek musi zawierać system ogrzewania jako minimum pozwalające na egzystencje w nim ludzi. Systemy chłodzenia są niekonieczne, ale coraz częściej stosowane w celu podniesienia komfortu przebywających ludzi, a często jako czynnik ekonomicznie uzasadniony, podnoszący wydajność pracy np. w pomieszczeniach biurowych. Projektując dany obiekt, który zgodnie z wytycznymi inwestora ma zawierać instalację grzania i chłodzenia, należy połączyć te instalacje tak, aby użytkownik postrzegał je jako jeden skorelowany system. Najczęściej w nowoprojektowanych obiektach elementami łączącymi oba systemy są klimakonwektory, jako odbiorniki ciepła i chłodu. W konstrukcji urządzeń produkowanych przez rożnych producentów praktycznie od dziesięcioleci nic się nie zmieniło, oprócz nowych projektów obudowy i sterowania. Poniższy artykuł zaprezentuje nowe spojrzenie na konstrukcję klimakonwektorów. Firma Olimpia Splendid wprowadziła do produkcji klimakonwektory Bi2, które można nazwać hybrydowymi. Są one połączeniem znanych nam konstrukcji klimakonwektorów z wodnym płytowym wymiennikiem promiennikowym, potocznie nazywanym grzejnikiem promiennikowym lub radiatorem (ang. radiator).

Dobór odbiorników ciepła i chłodu do pomieszczeń

Pomieszczenia w budynkach, do których dobieramy odbiorniki ciepła lub/i chłodu są dosyć zróżnicowane jeśli chodzi o zapotrzebowanie na chłód lub grzanie. Dla każdego budynku obliczenia robi się indywidualnie i załącza do większości gotowych projektów, natomiast w projektach indywidualnych lub dla istniejących starszych budynków nie występują.

W takich przypadkach, gdy chcemy dobrać odbiornik ciepła (grzejnik), można posłużyć się bardzo uproszczą metodą doboru grzejników na podstawie metrażu pomieszczeń, odnosząc się do konstrukcji (izolacji) ścian pomieszczenia. Jak każda tego typu metoda obarczona jest błędem, przyjmowanym w praktyce ze względu na jego małą skale. Generalnie zapotrzebowanie na ciepło wynosi od 60 do 200 W/m2 dla pomieszczeń o wysokości do 2,5 m. W domach dobrze izolowanych k = 0,3 W/m2K (10 cm styropianu przy ścia- nach wielowarstwowych) zapotrzebowanie wyniesie 60 W/m2 dla domów piętrowych lub z użytkowym poddaszem, 70 W/m2 dla domów parterowych. W domach z ograniczą izolacją k = 0,7 W/m2K (5 cm styropianu) zapotrzebowanie wyniesie 90 W/m2 dla domów piętrowych lub z użytkowym poddaszem, 100 W/m2 dla domów parterowych.

W domach bez izolacji k = 1,2÷1,5 W/m2K zapotrzebowanie wyniesie 130÷140 W/m2 dla domów piętrowych lub z użytkowym poddaszem, 150-200 W/m2 dla domów parterowych.

Obliczanie zapotrzebowania na chłód pomieszczeń jest bardziej skomplikowane, ponieważ podczas obliczeń występuje wiele zmiennych niezależnych od konstrukcji budynku, jak np. zyski ciepła od ilości ludzi przebywających w pomieszczeniu, od urządzeń, nasłonecznienia i przeszklenia, rodzaju i intensywności oświetlenia elektrycznego, etc. W wyniku tych zmiennych nie należy w metodzie uproszczonej, w prostej linii uzależniać doboru urządzenia chłodzącego od powierzchni pomieszczenia o danej charakterystyce konstrukcyjnej przegród, jak to ma miejsce w przypadku ogrzewania. W tym przypadku uproszczoną metodę obliczeń odnoszącą się do metra kwadratowego powierzchni należy powiązać w dużej mierze z jego przeznaczeniem użytkowania (dom, biuro, sklep, restauracja, pomieszczeni techniczne). Praktyka projektowa i inżynierska mówi, że zapotrzebowanie na wydajność chłodniczą pomieszczeń biurowych wynosi 90÷150 W/m2, mieszkań 50÷100 W/m2, domów 60÷140 W/m2 (pokoje na poddaszu z oknami w dachu do 250 W/m2), restauracji i sklepów 150÷300 W/m2, przy wysokości pomieszczenia do 2,5 m.

Rys. 1. Sposoby montażu klimakonwektorów Bi2

Dobór odbiorników ciepła z funkcją grzania i chłodzenia w jednym urządzeniu jest sztuką kompromisu, ponieważ możemy dobrać klimakonwektor ze względu na zapotrzebowanie chłodu pomieszczenia z przewymiarowaniem w stosunku do zapotrzebowania na grzanie lub ze względu na zapotrzebowanie grzania z przewymiarowaniem w stosunku do chłodu.

Ogrzewanie pomieszczeń tradycyjnymi grzejnikami i klimakonwektorami

Wielokrotnie opisywano już rozwiązania ogrzewania pomieszczeń. Chciałbym hasłowo przypomnieć rozwiązania, które pomogą odnieść się do opisanych konstrukcji urządzeń w dalszej części artykułu.

Znanych sposobów ogrzewania pomieszczeń jest wiele, ja jednak skupię się na sposobie indywidualnych odbiorników ciepła w pomieszczeniach, który dotyczy klimakonwektorów Bi2 opisanych w artykule.

Stosowane obecnie i powszechnie w wodnych systemach grzewczych są grzejniki promiennikowo-konwekcyjne, ogrzewające pomieszczenie przez promieniowanie cieplne i konwekcję naturalną omywającego go powietrza. Najpopularniejszą jest konstrukcja oparta na promiennikowym wymienniku płytowym z dodatkowym użebrowaniem, zasilanych gorącą wodą. Są one optymalnym rozwiązaniem w systemach ogrzewania budynku, ponieważ nie potrzebują zasilania energią elektryczną jako napędowej do swego działania. Jedyną energią dostarczaną do grzejników jest zasilającą je gorąca woda, która całkowicie jest spożytkowana na ogrzewanie pomieszczeń. Ich zaletą oprócz braku poboru energii elektrycznej jest bezgłośna praca (brak wentylatora). Wadą brak dowolności instalacji i problem z zabudowaniem ich architektonicznie. Ich cechą własną jest brak możliwości zastosowania w systemach chłodzenia pomieszczeń ze względu na konstrukcję – mała powierzchnia wymiany ciepła dla konwekcyjnego przepływu powietrza oraz mały strumień wymiany ciepła przy małych różnicach temperatur powietrza i wody zasilającej. Dla budynków z planowanym zastosowaniem lub istniejącymi grzejnikami promiennikowo- konwekcyjnymi w systemie ogrzewania, projektowany system chłodzenia musi być instalacją niezależną, zawierającą niezależne odbiorniki ciepła. Inaczej mówiąc, w pomieszczeniu musimy zastosować osobne odbiorniki ciepła dla grzania (grzejniki) i chłodzenia (np. klimakonwektory). W tym momencie trącamy o zagadnienie miejsca w pomieszczeniu dla urządzeń i problem wysterowania ich tak, aby uniknąć jednoczesnej pracy w tym samym czasie oraz wiele innych problemów z obsługą tych dwóch niezależnych instalacji.

Jako system chłodzenia dla tego rozwiązania najczęściej są stosowane układy wody lodowej z klimakonwektorami lub systemy freonowe z jednostkami opartymi na bezpośrednim odparowaniu np. VRF (VRV), multi-split. Jeśli chcemy połączyć instalacje chłodzenia i grzania w budynku, powszechnie stosowanym rozwiązaniem jest zastosowanie jako odbiorników ciepła klimakonwektorów wentylatorowych 2- lub 4-rurowych z funkcją chłodzenia i grzania w pomieszczeniu. Wadą lub inaczej mówiąc cechą własną tego rozwiązania jest konieczność zasilania energią elektryczną wentylatorów w klimakonwektorach w okresie grzewczym, trwającym w naszym klimacie często ponad pół roku. Przy zastosowaniu grzejników we wcześniej opisanym rozwiązaniu nie ma wspomnianego zasilania ich energią elektryczną w trakcie pracy. Patrząc przez perspektywę stałych wzrostów energii elektrycznej w naszym kraju zastosowanie tradycyjnych grzejników (promiennikowo- konwekcyjnych lub promiennikowych) daje wymierne oszczędności energii w trakcie eksploatacji systemu, zwłaszcza, gdy w budynku niejednokrotnie jest zainstalowanych od kilkudziesięciu do kilkuset odbiorników ciepła w pomieszczeniach. Często inwestor wraz z projektantem świadomie decydują się na zastosowanie klimakonwektorów wentylatorowych do ogrzewania, pomimo kosztów zasilania ich energią elektryczną, gdy celem nadrzędnym jest wspólny odbiornik w pomieszczeniu dla instalacji chłodzenia i grzania. Alternatywą dla takiego rozwiązania są opisane poniżej 2- i 4-rurowe klimakonwektory hybrydowe Bi2 firmy Olimpia Splendid zawierające wbudowany płytowy wymiennik promiennikowy, zasilany gorąca wodą w trybie grzania, zwany dalej promiennikiem lub radiatorem.

Opis klimakonwektorów Bi2 (...)

Konstrukcja klimakonwektorów Bi2 (...)

Praca w trybie chłodzenia (...)

Praca hybrydowa Bi2 z promiennikiem w funkcji grzania

Zastosowane nowatorskie rozwiązanie z promiennikiem pozwala w okresie grzewczym roku na pracę urządzenia bez stosowania wentylatora, wykorzystując zjawisko wypromieniowania ciepła przez promiennik, jakie ma miejsce w tradycyjnych grzejnikach wodnych (rys. 6). Algorytm pracy w trybie grzania w pierwszej kolejności uruchamia wentylator wymuszający przepływ powietrza przez ożebrowany wymiennik wodny, a po osiągnięciu zadanej temperatury automatycznie przechodzi na ogrzewanie promiennikiem, wyłączając wentylator. W przypadku gwałtownego wychłodzenia pomieszczenia (np. czasowe otwarte okno w celu przewietrzenia pomieszczenia), sterownik załącza wentylator ogrzewając szybko powietrze do zadanej temperatury, a następnie przechodzi w tryb ogrzewania promiennikiem. Należy wspomnieć, że w trakcie ogrzewania promiennikiem, wymianę ciepła uzyskuje się także po części w wyniku naturalnej konwekcji omywania urządzenia otaczającym powietrzem. Jednakże proces ten jest niewspółmiernie mniejszy od procesu wypromieniowania ciepła. W najzimniejszych dniach sezonu grzewczego może przeważyć w trakcie doby tryb pracy z wentylatorem, a w dniach o średniej temperaturze, cieplejszych ogrzewanie pomieszczeń może odbywać się promiennikiem bez wentylatora.

Rys. 5. Praca urządzenia w funkcji chłodzenia	Rys. 6. Praca urządzenia w trybie grzania

Udział pracy w trybie ogrzewania promiennikiem bez wentylatora, który zaoszczędza energię elektryczną, w stosunku do pracy w trybie standardowym z udziałem wentylatora jest różny i zależny od wielu czynników:

- ukierunkowania na rodzaj, tryb grzania w trakcie doboru klimakonwektorów (dobór dla wydajności grzewczej przy pracy wentylatora lub bez – sam promiennik),

- akumulacji cieplnej budynku,

- poziomu temperatur zewnętrznych w trakcie całego okresu sezonu grzewczego.

Program doboru SiOS – narzędzie pracy projektanta

W celu ułatwienia doboru klimakonwektorów Bi2 producent opracował profesjonalny program doborowy SiOS uwzględniający wszystkie parametry jakie potrzebuje projektant aby dobrać urządzenia do danych pomieszczeń. Program ten m.in. daje możliwość obliczenia wydajności grzewczej w trybie pracy promiennika, przy zadaniu dowolnych parametrów doborowych czynnika grzewczego i powietrza. Dobór można prowadzić w trybie poszukiwania modelu urządzenia dla danej wydajności chłodniczej lub grzewczej oraz obliczania wydajności dla wszystkich lub wybranych modeli zadając parametry czynnika i powietrza.

Widok okna doboru modelu dla zadanej wydajności pokazany jest na rysunku 7.

Rys. 7. Widok okna doboru modelu dla zadanej wydajności w programie SiOS

Podsumowanie

Mam nadzieję, że zainteresowałem Drogiego Czytelnika nowinką techniczną w segmencie klimakonwektorów, w którym producenci bardzo rzadko wprowadzają nowe rozwiązania konstrukcyjne, ograniczając się do nowego wyglądu w następnych modelach. Trudno się dziwić tej sytuacji, ponieważ sama zasada działania i prosta ich konstrukcja nie daje dużego pola działania konstruktorom.

Ta nowa idea połączenia klasycznego klimakonwektora z grzejnikiem promiennikowym może się okazać konstrukcją dedykowaną do klimatu w naszym kraju, gdzie jak wspomniałem wcześniej okres grzewczy trwa ponad połowę roku, a nowo budowane budynki coraz częściej standardowo wyposażane są w system chłodzenia egzystujący obok sytemu ogrzewania. Jak się obserwuje coraz częściej użytkownicy patrzą na koszty eksploatacji warząc je z kosztami inwestycyjnymi, wybierając zrównoważone propozycje.

Żyjemy w kraju, gdzie ponad 90% energii uzyskuje się z węgla kamiennego i brunatnego, którego zasoby maleją i wydobycie jest coraz droższe, więc koszty zużycia energii będą coraz większe.