Nagrzewnice wodne w obiektach przemysłowych

Nagrzewnice wodne – zasada działania nagrzewnic wodnych

Nagrzewnice wodne, czyli aparaty grzewczo-wentylacyjne (AGW), służą do ogrzewania (lub chłodzenia) powietrza oraz jego dystrybucji w obiektach. Zasilane są czynnikiem grzewczym z instalacji c.o. niezależnie od zastosowanego źródła ciepła. Nagrzewnice wodne zbudowane są z lamelowego wymiennika ciepła, obudowy oraz wentylatora nawiewnego. Ich dużą zaletą w stosunku do tradycyjnych systemów ogrzewania konwekcyjnego (np. grzejników) jest możliwość kierowania ogrzanego strumienia powietrza w dół, przeciwnie do naturalnego kierunku migracji ciepła. Jest to możliwe dzięki wentylatorom, które tłoczą ogrzane powietrze bezpośrednio do strefy przebywania ludzi, gdzie musi być zapewniony komfort cieplny.

Ideą działania nagrzewnic wodnych jest współpraca z systemem c.o., który dostarcza strumień ciepła do wymiennika ciepła. Przepływający przez miedziane rurki czynnik grzewczy na drodze kondukcji oddaje ciepło do aluminiowych lamel, które omywane są przez strumień powietrza. W taki sposób energia z instalacji c.o. przekazywana jest bezpośrednio do powietrza.

Nagrzewnice wodne współpracują z różnymi źródłami ciepła, również niskotemperaturowymi

Nagrzewnice wodne mogą współpracować z niemal każdą instalacją c.o., zasilaną dowolnym źródłem ciepła. Działają w bardzo szerokim zakresie temperatur czynnika grzewczego, począwszy od tych najniższych, których źródłem może być pompa ciepła, po wysokie uzyskiwane w kotłach na paliwo stałe.

Należy pamiętać, że w przypadku wysokich temperatur zasilania istotną kwestią jest szybki odbiór ciepła, który w przypadku nagrzewnic wodnych gwarantowany jest przez wysoką wydajność wentylatorów tłoczących. Zbyt mały przepływ przez wentylatory powoduje wzrost temperatury powietrza wylotowego, co niekorzystnie wpływa na komfort ludzi przebywających w danym obiekcie. Dodatkowo, im wyższa temperatura nawiewu, tym szybsza migracja ogrzanego powietrza do strefy przysufitowej, gdzie straty ciepła są znaczące.

W przypadku zasilania ze źródła niskotemperaturowego (np. pomp ciepła) należy stosować nagrzewnice wodne o możliwie największej powierzchni wymiany ciepła. Aby temperatura wylotowa powietrza nawiewanego przez aparat grzewczo-wentylacyjny nie była za niska, trzeba zapewnić długą drogę wymiany ciepła, co gwarantuje dwurzędowy lub trzyrzędowy wymiennika.

Najważniejsze elementy instalacji grzewczych wyposażonych w nagrzewnice wodne

Właściwe wyposażenie instalacji współpracującej z nagrzewnicami wodnymi determinowane jest kilkoma czynnikami, które wpływają na ich prawidłową pracę oraz koszty eksploatacyjne. Same nagrzewnice wodne będące niejako odbiornikami ciepła, pobierają energię elektryczną do zasilania wentylatorów nadmuchowych. Coraz większą popularność zdobywają wentylatory z bezszczotkowymi silnikami elektronicznie komutowanymi (EC), które dzięki innowacyjnej konstrukcji cechują się wyższą sprawnością w stosunku do rozwiązań tradycyjnych (nadal najczęściej stosowanych) – wentylatorów prądu przemiennego (AC). Oszczędności w poborze energii są największe przy niskich obrotach silnika, mniejszych niż nominalne. Oczywiście korzyści wynikające z niższych kosztów eksploatacyjnych wiążą się również z wyższymi nakładami inwestycyjnymi. Mimo wszystko bardzo szybki wzrost cen energii elektrycznej oraz nacisk na zwiększanie efektywności energetycznej spowoduje, że tradycyjne silniki AC będą wypierane przez modele EC.

Każda instalacja grzewcza może różnić się liczbą, wielkością czy typem armatury oraz elementów dodatkowych. W przypadku nagrzewnic wodnych należy pamiętać o zastosowaniu zaworów odcinających, odpowietrzających (w najwyższym punkcie instalacji), zwrotnych (uniemożliwiających zmianę kierunku przepływu czynnika grzewczego) oraz regulacyjnych/strefowych.

Instalacje grzewcze wyposażone w nagrzewnice wodne trzeba także wyposażyć w układ automatyki, który steruje pracą aparatów grzewczo-wentylacyjnych. Na rynku dostępnych jest wiele rozwiązań różniących się stopniem zaawansowania technicznego. Najprostsze systemy pracują w trybie włącz/wyłącz i zawierają termostaty oraz zawory regulacyjne. W przypadku gdy temperatura w obiekcie spadnie poniżej ustawionej, przekaźnik termostatu uruchomi wentylatory oraz otworzy zawór regulacyjny. Bardziej rozbudowane układy wyposażone są dodatkowo w regulację prędkości obrotowej wentylatora, a co za tym idzie – przepływu powietrza.

Największe funkcjonalności oferują sterowniki programowalne, które pomimo wysokich kosztów inwestycyjnych mogą znacząco obniżyć eksploatacyjne. Oszczędności energii wynikają z możliwości zaprogramowania pracy nagrzewnic wodnych według konkretnego harmonogramu. Pozwala to na automatyczne obniżenie utrzymywanej temperatury w obiekcie w konkretnych przedziałach czasowych, np. w weekendy (jeżeli w tych dniach są nieużytkowane) i w innych przypadkach, gdy nie przebywają w nich ludzie. Sterowniki programowalne mogą być dodatkowo wyposażone w protokół komunikacyjny, umożliwiający podłączenie poszczególnych urządzeń do nadrzędnego systemu BMS (ang. Building Management System), który m.in. integruje instalacje budynkowe, umożliwia odczyty parametrów czy informuje o występujących alarmach.

Nagrzewnice wodne – najważniejsze parametry techniczne

Nagrzewnice wodne charakteryzowane są przez różnego rodzaju parametry, jednym z najważniejszych jest moc grzewcza, ponieważ jej sumaryczna wartość jest dopasowywana do obciążenia cieplnego budynku, co zapewnia możliwość utrzymania zadanej temperatury w obiekcie.

Równie ważne są parametry techniczne wentylatora. Jego wydajność ma bezpośredni wpływ na całkowity przepływ powietrza nagrzewnicy wodnej, który z kolei pośrednio określa prędkość wylotową strumienia powietrza i jego zasięg. Zbyt mała wydajność wentylatora nie zapewni dotarcia powietrza do strefy przebywania ludzi, a zbyt duża może powodować odczucie przeciągu i dyskomfortu.

Nagrzewnice wodne stosowane w obiektach przemysłowych pracują często w trudnych warunkach otoczenia, dlatego ich budowa powinna zapewnić im odpowiednią ochronę. W przypadku środowiska wilgotnego lub zapylonego istotny będzie stopnień ochrony IP – na rynku dostępne są modele zapewniające odpowiednio wysoką wodo- i pyłoszczelność. Ważny jest również skład chemiczny powietrza. W obiektach o podwyższonym stężeniu gazów, takich jak siarkowodór czy amoniak może dochodzić do intensywnej korozji wymiennika ciepła wykonanego z miedzi i aluminium. Z tego powodu zaleca się wtedy nagrzewnice wodne z wymiennikami zabezpieczonymi dodatkową powłoką antykorozyjną.

Jak dobierać nagrzewnice wodne?

Nagrzewnice wodne dobiera się pod względem zapotrzebowania cieplnego budynku, a także jego geometrii oraz wysokości w taki sposób, aby jak największa powierzchnia była objęta bezpośrednim oddziaływaniem strumienia powietrza. Każdy producent określa moc nominalną dla dokładnie wskazanych warunków brzegowych temperatury zasilania oraz powrotu wody grzewczej, a także temperatury powietrza wlotowego do urządzenia (projektowa temperatura wewnętrzna). Niestety, nie wszyscy producenci odnoszą się do tych samych warunków brzegowych, dlatego porównywanie między sobą modeli może być utrudnione. Mając to na uwadze lepszym pomysłem jest wyznaczenie faktycznej mocy grzewczej nagrzewnicy wodnej, uwzględniającej rzeczywiste warunki pracy, takie jak temperatura wlotowa powietrza oraz zasilania i powrotu w instalacji grzewczej.

Dobierając nagrzewnice wodne należy zapewnić dostarczenie odpowiedniej ilości ciepła, a także jego możliwie równomierną dystrybucję.

Montaż nagrzewnic wodnych

Prawidłowy montaż nagrzewnic wodnych jest równie ważny, co odpowiedni ich dobór na etapie projektu, ponieważ niektóre błędy popełnione podczas instalacji mogą skutkować nieosiągnięciem parametrów pracy urządzeń deklarowanych przez producenta.

Nagrzewnice wodne montuje się zarówno w pozycji poziomej (montaż ścienny), jak i pionowej (montaż sufitowy). W pierwszym przypadku instalacja odbywa się z użyciem specjalnej konsoli montażowej, a kierunek nawiewu strumienia powietrza jest regulowany przy pomocy ruchomych kierownic powietrza. Z kolei do montażu podsufitowego wykorzystuje się gwintowane szpilki, pozwalające na pracę urządzenia w pozycji pionowej – strumień powietrza nawiewany jest w dół.

Należy pamiętać, że w przypadku nagrzewnic wodnych zasilanie podłączane jest do dolnego króćca wymiennika, a powrót czynnika grzewczego – do górnego (na powrocie trzeba zastosować automatyczny zawór odpowietrzający). Tak zrealizowana instalacja gwarantuje wysoką sprawność wymiany, dzięki pracy w układzie przeciwprądowym, w którym kierunek przepływu czynnika grzewczego jest przeciwny do kierunku przepływu powietrza.

Błędy w montażu nagrzewnic wodnych nie zdarzają się zbyt często, jednak jeśli już występują, to wynikają najczęściej z niezastosowania się do wytycznych producenta określonych w dokumentacji techniczno-rozruchowej. Można do nich zaliczyć m.in. brak zaworów odpowietrzających w najwyższych punktach, ograniczanie wlotu lub wylotu powietrza nagrzewnicy czy niezakontrowanie króćców kluczem podczas podłączania urządzenia do instalacji wodnej.

Efektywność energetyczna – co ma na nią największy wpływ?

Na efektywność energetyczną wpływa wiele aspektów. Po pierwsze wymiennik ciepła musi cechować się odpowiednio dopasowaną geometrią oraz powierzchnią wymiany ciepła skorelowaną z charakterystyką wentylatora. Z kolei wentylator powinien mieć możliwie najwyższą sprawność, stąd coraz większa popularność rozwiązań z silnikami EC, które zapewniają mniejszy pobór energii elektrycznej (nawet o kilkadziesiąt procent) w porównaniu do wentylatorów z silnikami AC.

Na efektywność energetyczną wpływa również automatyka oraz system sterowania. Zaawansowane rozwiązania tego typu umożliwiają zaprogramowanie wymogów temperaturowych określonych dla danych okresów czasowych, automatyczne obniżenie utrzymywanej temperatury w okresach, gdy w obiekcie nie przebywają ludzie, a także automatyczną zmianę mocy grzewczej urządzeń względem warunków temperaturowych panujących w budynku. Jeszcze większe korzyści zagwarantują systemy zarządzania budynkiem (BMS), które pozwalają na integrację wszystkich instalacji (nie tylko grzewczych) i sterowanie ich pracą, np. uzależniając działanie nagrzewnic wodnych od otwarcia bram wjazdowych.

Nagrzewnice wodne a współpraca z innymi urządzeniami

Nagrzewnice wodne to urządzenia, które ze względu na budowę mogą realizować różne funkcje, nie tylko grzewcze. Przykładowo, na rynku dostępne są rozwiązania z komorami mieszania, które przy udziale systemów automatyki zapewniają zarówno ogrzewanie budynku, jak i dostarczenie świeżego powietrza z zewnątrz, bez konieczności rozprowadzania ich kanałami wentylacyjnymi. W okresie letnim pozwala to na chłodzenie pasywne czy szybkie dostarczenie świeżego powietrza, a w przypadku współpracy z wentylatorami wywiewnymi – stworzenie zdecentralizowanego systemu nawiewno-wywiewnego.

Niektóre nagrzewnice wodne można wykorzystywać również do chłodzenia obiektu, są one wtedy wyposażone w tacę na skropliny, pozwalającą na zebranie i odprowadzenie kondensatu. Oczywiście wspomniana funkcjonalność jest możliwa jedynie w przypadku, gdy budynek wyposażono w agregat wody lodowej.

W halach przemysłowych często występują bramy wjazdowe, które mogą być źródłem strat ciepła, aby im zapobiec można zastosować kurtyny powietrzne oraz wentylatory zrzutowe (destratyfikatory). Kurtyny powietrzne zabezpieczają przed ucieczką ciepła z obiektu przy otwartych drzwiach i bramach, z kolei zadaniem wentylatorów zrzutowych jest transport ciepłych mas powietrza zbierających się pod stropem do stref przebywania ludzi. Należy zaznaczyć, że w przypadku montażu sufitowego nagrzewnice wodne same są w stanie częściowo odwrócić pionowy gradient temperatur, ograniczając efekt niepotrzebnego ogrzewania górnych stref pomieszczenia, ale nie zawsze jest to wystarczające. Ponadto, zdarzają się sytuacje, gdy instalacja sufitowa jest niemożliwa (z powodów architektonicznych/konstrukcyjnych) lub bezcelowa (w wysokich pomieszczeniach zasięg pionowy nagrzewnicy może nie osiągać strefy przebywania ludzi). Rozwiązanie stanowią, jak już wspomniano, destratyfikatory, które należy stosować w pomieszczeniach wyższych niż 6 m, równocześnie pamiętając, że zasięg urządzenia powinien być dobrany do wysokości.

Wybrane rozwiązania Reventon Group

• HC 50-3S, HC 80-3S lub S4-3S – nagrzewnice wodne charakteryzujące się dużym zasięgiem strumienia powietrza, co w przypadku montażu sufitowego pozwoli częściowo odwrócić pionowy gradient temperatur, ograniczając efekt niepotrzebnego ogrzewania górnych stref pomieszczenia.
• Tornado – seria wentylatorów zrzutowych o zasięgu od 6 do 15 m, stosowanych w przypadku, gdy instalacja sufitowa nagrzewnic nie jest możliwa. Ich zadaniem jest ponowny nawiew powietrza w dół i wymieszanie go z tym znajdującym się w niższych warstwach.
• Hummer – kurtyny bramowe przemysłowe o mocy do 34 kW, zapobiegające ucieczce ciepłego powietrza z obiektu.
• HC3S – regulatory temperatury z termostatem przeznaczone do nagrzewnic wyposażonych w trójbiegowe silniki AC. Zapewniają trójstopniową regulację prędkości obrotowej wentylatora, a wbudowany termostat pozwala na wyłączenie urządzenia po osiągnięciu zadanej temperatury.
• HMI – sterowniki programowalne przeznaczone do nagrzewnic wyposażonych w trójbiegowe silniki AC. Sterują pracą urządzenia zgodnie z zadanym programem (wymaganą temperaturą powietrza).
• HMI SINGLE – sterowniki programowalne przeznaczone do nagrzewnic wyposażonych w jednobiegowe silniki AC oraz destratyfikatorów z serii Tornado. Sterują pracą urządzenia zgodnie z ustawionym trybem. W trybie destratyfikacji włączają urządzenia, jeżeli różnica temperatury w górnej i w dolnej strefie pomieszczenia przekroczy zadaną wartość.
• HMI CURTAIN – sterowniki programowalne przeznaczone do kurtyn Hummer, pracujące w trybie termostatycznym lub trybie styku bezpotencjałowego, w którym urządzenia automatycznie uruchamiają się po otwarciu drzwi lub bramy.

Wszystkie sterowniki HMI umożliwiają integrację urządzeń z inteligentnym systemem sterowania budynkiem BMS.

Zapraszamy na stronę internetową Reventon Group – www.reventongroup.eu