Nota bezpieczeństwa: To jest zarchiwizowany tekst edukacyjny z 2018. roku, a nie projekt lub instrukcję samodzielnego montażu instalacji grzewczej. Obliczenia, dobór urządzeń, instalację, badania i uruchomienie należy powierzyć wykwalifikowanym projektantom i wykonawcom, zgodnie z obowiązującymi przepisami i dokumentacją producenta.
Ogólne zapotrzebowanie budynku na ogrzewanie zależy również od przegród zewnętrznych budynku. Sprawdź nasze okna drewniane, okna drewniano-aluminiowe i usługi lub wyślij zapytanie ofertowe.
Ogrzewanie większych mieszkań i budynków rodzinnych tradycyjnymi piecami nie należy do najprzyjemniejszych zimowych rozrywek. Ogrzewanie w ten sposób jest nieprzyjemne nie tylko dlatego, że wiąże się z pracą przy utrzymaniu pieca, ale także dlatego, że trzeba przygotować opał, rozpalić ogień, oczyścić popiół, a podczas tych wszystkich prac mieszkanie brudzi się bardziej niż zwykle. Oprócz tych wad ogrzewanie piecami nie spełnia wymagań współczesnego budownictwa mieszkaniowego ani pod względem estetycznym, ani pod względem równomierności rozkładu temperatury. Biorąc pod uwagę te fakty, nie jest zaskakujące, że nie tylko w nowych budynkach będących własnością społeczną, ale także w specjalnych budynkach rodzinnych, obecnie stosuje się instalację centralnego ogrzewania.
Schemat ogrzewania i zasada działania
Urządzenie centralnego ogrzewania (rys. 1) składa się z układu: kotła, elementów grzejnych i rurociągów. Najwyższym punktem tego układu jest naczynie wzbiorcze. Cały system jest wypełniony wodą. Jeśli palimy w kotle, woda nagrzewa się i ze względu na mniejszy ciężar właściwy podnosi się do góry, a gorącą wodę zastępuje woda, która wystygła w elementach grzejnych (stąd ma większy ciężar właściwy). Woda płynąca ku górze rurami trafia do elementów grzewczych, gdzie oddając ciepło, ochładza się i wraca do kotła.
Zdjęcie 1 — urządzenie do centralnego ogrzewania.
Odpowiednio, ze względu na różnicę ciężaru właściwego zimnej i ciepłej wody w systemie, powstaje ciągły przepływ zamknięty, który umożliwia dostarczenie określonej ilości ciepła do elementów grzejnych.
Siła umożliwiająca obieg wody pod wpływem różnicy temperatur – szczególnie przy ogrzewaniu tylko na jednym poziomie – jest bardzo mała, dlatego ważne jest, aby wymiarowanie urządzeń opierało się na dokładnych i dokładnych obliczeniach. W praktyce często zdarza się, że urządzenia, zwłaszcza do mniejszych i indywidualnych mieszkań, projektuje się szybko i w oparciu o dane z doświadczenia. Nie ulega wątpliwości, że czasami można w ten sposób zrealizować instalację centralnego ogrzewania z sukcesem, jednak częściej zdarza się, że nie działa ona bez zarzutu, a powstałe w ten sposób błędy trudniej jest później skorygować.
Dlatego nie możemy żałować wysiłku włożonego w wykonanie niezbędnych obliczeń i projektów, bo na pewno się to opłaci. Nie możemy tracić z oczu faktu, że taki system powinien służyć przez całe życie.
Obliczanie wymaganej ilości ciepła
Pierwszym zadaniem podczas projektowania jest obliczenie wymaganej ilości ciepła do ogrzania pożądanych pomieszczeń. Wymagana ilość ciepła do ogrzewania pokrywa jego straty. Straty ciepła zależą od różnicy między temperaturą zewnętrzną a temperaturą pomieszczenia, które ma być ogrzewane, od współczynnika przenikania ciepła tych powierzchni, które wyznaczają obserwowane pomieszczenie, a także od wielkości tych powierzchni.
Obliczenia należy wykonać oddzielnie dla każdej powierzchni o różnych współczynnikach przenikania ciepła oraz o różnicach temperatur zewnętrznych i wewnętrznych. Suma uzyskanych w ten sposób wyników cząstkowych da całkowitą wymaganą ilość ciepła w pomieszczeniu. (Dla tych, którzy niechętnie wykonują obliczenia, zauważamy, że do obliczeń potrzebne są tylko podstawowe obliczenia).
Wymaganą ilość ciepła oblicza się ze wzoru:
Q=F * k (tb - tk)
gdzie znajdują się:
Q - ilość ciepła utraconego przez pomieszczenie, kcal/godz.;
F - powierzchnia (ściana, okno, drzwi, podłoga, sufit), przez którą przechodzi ciepło, m2;
k - współczynnik przenikania ciepła dla obserwowanej powierzchni, kcal/m2°C
tb - żądana temperatura wewnętrzna w pomieszczeniu, °C
tk - temperatura zewnętrzna obserwowanej powierzchni, °C
Rysunek 2 — przykład obliczenia wymaganej ilości ciepła.
Archiwalny przykład obliczenia pomieszczenia
Aby uzyskać lepszy przegląd przebiegu obliczeń, posłużymy się praktycznym przykładem. Zadanie polega na obliczeniu wymaganej ilości ciepła dla budynku mieszkalnego z rysunku nr 1. 2. Dane techniczne to: ścianki działowe z cegły porowatej o wymiarze 10 cm, obustronnie otynkowane, ściana główna o grubości 38 cm obustronnie otynkowana, drzwi jednoszybowe, okno podwójne z ramą drewnianą. strop z belkami drewnianymi po obu stronach deskami, nad stropem zamknięte poddasze, pod podłogą jest ziemia. Oczekiwana minimalna temperatura zewnętrzna - 20°C. Przepływ ciepła przez okno zewnętrzne:
Powierzchnia: F =1,5 x 2 = 3 m2
Współczynnik przenikania ciepła: k = 3,5
Różnica temperatur: tb = +20°C, tk = - 20°C, tb - tk = 20 - (-20) = 40°C
Q=3 x 3,5 x 40 = 420 kcal/godzinę
Przenikanie ciepła przez zewnętrzną ścianę główną:
Powierzchnia: F = 3 h 4 - powierzchnia okna = 12 - 3 = 9 m2
Q = 9 h 1,3 x 40 = 468 kcal/godzinę
Przepływ ciepła przez drzwi do hali:
Powierzchnia: F = 0,9 x 2 = 1,8 m2
k = 3
Różnica temperatur: tb = 20°C; tk =16°C, tb - tk = 20 - 16 = 4°C
Q =1,8 h 3 h 4 = 21,6 kcal/godzinę
Przenikanie ciepła przez ścianę w kierunku hali:
Powierzchnia: F = 3 x 3,5 - powierzchnia drzwi = 10,5 - 1,8 = 8,7m2
k = 1,6
Różnica temperatur: tb - tk = 40°C
Q = 8,7 x 1,6 x 4 = 55,7 kcal/godzinę
Przenikanie ciepła przez ścianę w kierunku WC:
Powierzchnia: F = 1,5 x 3 = 4,5m2
k = 1,6
Różnica temperatur: tb – tk = 2°C
Q = 4,5 h 1,6 h 2 = 14,2 kcal/godzinę
Przenikanie ciepła przez ścianę do łazienki:
Powierzchnia: F = 1,9 x 3 = 5,7m2
k = 1,6
Różnica temperatur: tb - tk = 20 - (+24) = -4°C
W tym przypadku ciepło przechodzi z łazienki do pomieszczeń, czyli nie jest to strata ciepła, a zysk, dlatego wartość tę należy odjąć od całkowitego zapotrzebowania na ciepło.
Q = 5,7 h 1,6 x (-4) = -36,5
lNie ma różnicy temperatur pomiędzy poszczególnymi pomieszczeniami, dlatego nie ma wymiany ciepła i tym samym nie ma konieczności wykonywania obliczeń.
Przenikanie ciepła przez sufit:
Powierzchnia: F = 3,5 x 4 =15 m2
k = 1,5
Różnica temperatur: tb - tk = 20 - (-12) = 32°C
Q =15 h 1,5 x 32 = 720 kcaI/godzinę
Przenikanie ciepła przez podłogę:
Powierzchnia: F = 15m2
k = 1,5
Różnica temperatur: tb – tk = 20 - (-2) = 22°C
Q = 15 x 1,5 x 22 = 495 kcal/godzinę
Całkowite wymagane ciepło:
420
468
21,6
55,7
14,2
720
495
-–––––
2194,5 kcal/godzinę
Otrzymaną w ten sposób wartość należy powiększyć o dodatki takie jak uwzględnienie stron świata, uwzględnienie wiatru oraz uwzględnienie przerw w ogrzewaniu.
Akcesoria wiatrowe:
Powierzchnie normalne: z jedną ścianą zewnętrzną z otworem:
10% z wieloma ścianami zewnętrznymi z otworami: 15%
Obszary wietrzne: z jedną ścianą zewnętrzną z otworem:
20%, z wieloma ścianami zewnętrznymi z otworami: 25%.
Akcesorium do przerywania ogrzewania:
Przewidywana przerwa w ogrzewaniu od 8 do 12 godzin dziennie: 15%.
Przewidywana przerwa w ogrzewaniu od 12 do 16 godzin dziennie: 25%.
Dodatek do stron świata
Orientacja północno-zachodnia: 5%.
Orientacja północna: 10%.
Pomieszczenie w przykładzie znajduje się na obszarze o normalnych wiatrach, jest zorientowane na północ, dlatego otrzymaną wartość należy dodać dwukrotnie 10%, czyli łącznie 20%.
Nie będziemy liczyć dodatku za przerwę w ogrzewaniu, ponieważ jest on mniej ciągły.
2194,5
+438,9 (20%)
-———————
2633,4
Od tej wartości należy odjąć ilość ciepła odebranego od ściany w kierunku łazienki:
2633,4
- 36,5
-————
2596,9
W związku z tym ilość ciepła potrzebna do ogrzania pomieszczenia wynosi Q = 2597 kcal/godzinę
Projekt systemu
Przede wszystkim przy projektowaniu należy narysować podstawę boków w skali 1:100. lub jeśli to możliwe 1:50. Elementy grzejne należy umieścić pod oknem, a w pomieszczeniach bez okien przy drzwiach prowadzących do wolnej przestrzeni lub w stronę chłodniejszych pomieszczeń. Ze względu na możliwie dłuższą długość rurociągu, taki układ jest nieco droższy od ułożenia grzejników wzdłuż ścian wewnętrznych, ale zalety, przepływ powietrza i co za tym idzie rozkład temperatury, są znacznie większe. (rys. 3)
Rysunek 3 — przepływ powietrza wokół korpusu grzewczego.
Wybór elementów grzejnych
Po zaprojektowaniu następuje wybór rodzaju elementów grzejnych i określenie wymaganych powierzchni grzewczych. Do podgrzewania ciepłej wody najbardziej odpowiednimi elementami grzejnymi są grzejniki stalowe. Wiele osób niechętnie korzysta z tych grzejników, rzekomo ze względu na ich uszkodzenie przez wodę i szybkie wycieki. Dzieje się tak jednak tylko wtedy, gdy woda jest często i bezzasadnie spuszczana z instalacji lub gdy grzejnik po spuszczeniu wody przez dłuższy czas pozostaje bez wody. Przy normalnym użytkowaniu żywotność grzejników stalowych jest mniej więcej taka sama jak grzejników żeliwnych. Grzejniki żeliwne nie nadają się najlepiej do podgrzewania ciepłej wody, przede wszystkim dlatego, że są bardzo drogie, a także ze względu na duży ciężar własny. Pod względem wydajności cieplnej oba typy grzejników są identyczne.
Grzejniki aluminiowe należą do najnowocześniejszych grzejników (Alutherm, Radal). Charakterystyka cieplna tych grzejników jest bardzo korzystna, ich masa własna jest niska, mają bardzo piękny i nowoczesny wygląd zewnętrzny. Ich połączenie odbywa się za pomocą gwintowanych kołnierzy. Podczas podłączania grzejnika, aby nie spowodować powstania elementu galwanicznego i co za tym idzie korozji, łby i wały śrub należy zaizolować izolatorem elektrycznym.
Połączenie artykułów grzejnikowych
Szerokie grzejniki stalowe należy stosować tylko wtedy, gdy użycie normalnych (od 150 mm) spowodowałoby bardzo długi grzejnik. Grzejniki stalowe są dostępne w handlu z zespawanymi ze sobą artykułami 5 - 10 -15 - 20. Jeżeli do jednego grzejnika potrzebnych jest więcej niż 20 artykułów, wówczas ga
można rozbudować o zespół 5 lub ewentualnie 10 elementów za pomocą pośrednich śrub chłodnicy 5/4“ z gwintem lewym i prawym oraz uszczelniacza klingerytowego lub centaurowego. Zaleca się smarowanie śrub smarem wodoodpornym o temperaturze wrzenia powyżej 100°C, lub olej grafitowy Do montażu elementów wymagany jest specjalny klucz
Grzejniki żeliwne oraz grzejniki stalowe starej konstrukcji montowane są elementami i mocowane za pomocą śrub pośrednich. Jeśli kupujemy grzejniki używane, przed montażem należy je dokładnie sprawdzić i sprawdzić, zwłaszcza podzespoły poszczególnych elementów. Stan blachy najlepiej sprawdzić ostrym przedmiotem (np. trójostrzową skrobaczką), gdyż osłabiona blacha pod wpływem nacisku zostanie przekłuta, dzięki czemu oszczędzimy sobie dalszych niedogodności.
Próba ciśnieniowa
Grzejniki, które sami zmontowaliśmy lub grzejniki używane, należy sprawdzić przed instalacją. Test przeprowadzimy najprościej, jeśli zamkniemy jeden koniec grzejnika zatyczkami i nałożymy go na te wtyczki. Następnie napełniamy grzejnik całkowicie wodą i zamykamy jeden z pozostałych otworów gwintowaną zakrętką, a na drugi otwór zakładamy gumowy wąż z przyłączem rurowym. Podłącz drugi koniec węża gumowego do sieci wodociągowej. Jeżeli ze względu na ciśnienie w sieci wodociągowej po 5 -10 mminutach nie zauważymy, że grzejnik przecieka, możemy go zamontować. W przypadku braku sieci wodociągowej wymagane ciśnienie w zakresie 2-3 można wytworzyć za pomocą pompy ręcznej.
Grzejniki można ustawić na nogach lub na konsolach, które mocuje się do ściany. Rozwiązanie z konsolami jest lepsze, gdyż nie utrudnia czyszczenia pod chłodnicą, a przy tym zapewnia lepszy wygląd estetyczny. Aby zamontować konsolę należy w ścianie wywiercić otwór o głębokości 10 - 12cm tak, aby boki otworu były równoległe lub otwór sięgał w stronę ściany. Nad otworem muszą pozostać co najmniej dwa nieuszkodzone rzędy cegieł. Grzejnik składający się z elementów 20 wymaga dwóch, a dla dłuższego – trzech konsol.
Źródło ciepła
Wymaganą powierzchnię grzewczą kotła ustala się na podstawie całkowitego zapotrzebowania na ciepło budynku (mieszkania). Wielkość tę uzyskamy dodając wymaganą ilość ciepła dla poszczególnych pomieszczeń. W przypadku mniejszych kotłów opalanych koksem lub węglem lepszej jakości można to praktycznie obliczyć przy 10.000 kcal/godz. dla powierzchni grzewczej 1 m2. Zatem jeśli podzielimy całkowitą wymaganą ilość ciepła przez 10.000, to otrzymamy w przybliżeniu wymaganą powierzchnię grzewczą kotła. Zaleca się jednak brać kocioł o wydajności nieco wyższej od obliczonej.
Typ kotła zależy przede wszystkim od rodzaju paliwa. Do koksu najlepiej nadają się małe kotły żeliwne. Kotły wykonane ze stali i konstrukcji spawanej bardziej nadają się do spalania różnych paliw.
Małe kotły mają zwykle powierzchnię grzewczą 1,5 m2 (15.000 kcal/godzinę), 2,14 m2 (22.000 kcal/godzinę) i 3.16 m2 (32.000 kcal/godzinę). W przypadku budynku rodzinnego, który pokazano na rysunku nr 4 jako przykład, potrzebne jest zaokrąglone 17.000 kcal/godzinę całkowitego ciepła. Jako paliwo wybraliśmy koks. Według wszystkich podanych danych wymagany jest kocioł o powierzchni grzewczej 2,14 m2.
Rysunek 4 — wymagane ciepło dla budynku rodzinnego.