Ogrzewanie hali – sposoby ogrzewania hal produkcyjnych i magazynowych

Ogrzewanie hali – czym musi się charakteryzować?

Ogrzewanie hali musi być odpowiednio wydajne, aby w krótkim czasie pokryć znaczne straty ciepła spowodowane otwieraniem bram czy ruchem pojazdów. Jednocześnie powinno zapewniać wykorzystanie wewnętrznych zysków ciepła, np. w postaci poduszki powietrznej utrzymującej się pod stropem hali.

Efektywna eksploatacja obiektów wielkokubaturowych jakimi są hale często wymaga okresowego szybkiego obniżania i podwyższania temperatury wewnętrznej, czyli preferowane jest stosowanie w nich systemów o małej bezwładności. Z kolei możliwość kontrolowania jakości powietrza wentylacyjnego i dodatkowa emisja hałasu wpływa na komfort przebywających w hali ludzi, a tym samym pośrednio na wydajność ich pracy.

Inwestor wybierający system ogrzewania hali przemysłowej powinien wziąć pod uwagę nie tylko koszty jego zakupu i montażu, ale również koszty eksploatacji oraz konserwacji składających się na ten system urządzeń.

Ogrzewanie hali należy odpowiednio zaprojektować

Ogrzewanie hali przemysłowej, a zwłaszcza jego odpowiednie zaprojektowanie stanowi spore wyzwanie dla projektantów, ponieważ tego typu obiekty charakteryzują się duża powierzchnią, kubaturą i wysokością. Ponadto, lekka konstrukcja, zagospodarowanie wnętrza hal, specyficzne wytyczne inwestora czy dostępne w danej lokalizacji nośniki energii także mają wpływ na zapewnienie komfortu cieplnego użytkownikom przy jednoczesnym spełnieniu określonych wymagań dotyczących procesów technologicznych.

Aby ogrzewanie hali funkcjonowało poprawnie i spełniało oczekiwania inwestora oraz użytkowników powinno być dobrze przemyślane i uwzględniać bardzo wiele różnych elementów. Prawidłowa analiza ruchu powietrza w obiektach wielkokubaturowych nie jest prosta, a projektant zazwyczaj nie może przewidzieć wszystkich czynników mających wpływ na ten ruch.

Istotną kwestią na którą należy zwrócić uwagę jest również okresowość użytkowania i tzw. nieustalona wymiana ciepła związana z otwieraniem dużych bram oraz częstym intensywnym przewietrzaniem hali. Aby ogrzewanie cechowało się wysoką efektywnością energetyczną musi zatem szybko reagować na zmieniające się chwilowe obciążenie cieplne, czyli mieć małą bezwładność cieplną. Należy sprawdzić czy większe oszczędności można uzyskać wyłączając zupełnie ogrzewanie w okresie nocnym lub podczas nieobecności pracowników czy może jedynie obniżając w sposób kontrolowany temperaturę w tych okresach do poziomu tzw. temperatury dyżurnej. Minimalizowanie strat ciepła, czyli wysoka szczelność i właściwe ocieplenie (zwłaszcza dachu) zapewnia skrócenie czasu nagrzewania i utrzymanie wymaganej temperatury w danej strefie hali. Dobrym rozwiązaniem są kurtyny powietrzne zapobiegające nadmiernemu wyziębianiu wnętrza spowodowanego częstym otwieraniem drzwi czy bram.

Projektując ogrzewanie hali najczęściej wydziela się jej różne strefy, takie jak stanowiska pracy czy obsługi urządzeń, socjalną, biurową itp. W strefie pracy maszyn należy zapewnić inne warunki niż w strefie pracy czy przebywania ludzi, nie należy również zapominać przy tym o konieczności uwzględnienia wymagań ppoż. Mając to na uwadze, znaczenia nabiera możliwość obróbki powietrza wentylacyjnego – jego filtracji, nagrzewania lub chłodzenia, nawilżania lub osuszania czy sterowania jego ilością, a także zastosowanie odzysku ciepła lub chłodu.

Procesy produkcyjne realizowane w halach przemysłowych są najczęściej źródłem podwyższonego poziomu hałasu, dlatego ogrzewanie hali powinno funkcjonować w miarę cicho, aby nie powodować dodatkowego dyskomfortu akustycznego dla pracowników.

Wszystkie powyższe aspekty należy dokładnie przeanalizować przed podjęciem decyzji o wyborze sposobu ogrzewania hali produkcyjnej czy magazynowej, chcąc uzyskać jednocześnie system efektywny energetycznie oraz trwały i jednocześnie zapewniający odpowiedni komfort termiczny jej użytkowania.

Sposoby ogrzewania hal produkcyjnych i magazynowych

Sposoby ogrzewania hal produkcyjnych i magazynowych zaprezentowane poniżej uszeregowano w kolejności od przekazującego ciepło wyłącznie na drodze konwekcji do przekazującego ciepło wyłącznie drogą radiacji. Osobną kategorię stanowi tzw. ogrzewanie hybrydowe łączące oba sposoby przekazywania ciepła oraz związane z nimi urządzenia.

Ogrzewanie hali powietrzne

Ogrzewanie hali powietrzne to system zintegrowany z wentylacją stosowany najczęściej w halach produkcyjnych i magazynowych, w których na stałe przebywają ludzie. Obieg powietrza wymusza wentylator, a ochłodzone powietrze z obiektu kierowane jest na wymiennik ciepła, skąd po ogrzaniu trafia z powrotem do hali. Do powietrza wewnętrznego w sposób kontrolowany może być także domieszane zewnętrzne powietrze świeże (tzw. recyrkulacja). Dobrze zaprojektowany nawiew powietrza gwarantuje równomierny pionowy rozkład temperatury i jest w stanie utrzymać ją na komfortowym poziomie 18–20°C.

Nawiewniki dalekiego zasięgu pozwalają względnie szybko wymieszać podgrzane powietrze z chłodniejszym w całym obiekcie po okresie przerwy w ogrzewaniu. Ogrzewanie hali powietrzne zapewnia niemal natychmiastową emisję ciepła do pomieszczenia z możliwością jego wentylacji oczyszczonym powietrzem, z kontrolowanym udziałem powietrza świeżego w zależności od pory roku, a także w razie potrzeby łatwość przekierowania strumienia powietrza na inne stanowisko pracy. Wadą tego rozwiązania są podwyższone koszty wynikające z zastosowania wentylatora oraz zużycia energii elektrycznej niezbędnej do jego działania.

Ogrzewanie hali konwekcyjne

Ogrzewanie hali konwekcyjne dobrze sprawdza się w niezbyt wysokich i długich pomieszczeniach w obrębie hali, nie powinno być jednak wykorzystywane w pomieszczeniach wysokich. Grzejniki konwekcyjne, najczęściej wodne w postaci rur stalowych bądź ożebrowanych przekazują ciepło do omywającego je powietrza. Przy dużej kubaturze jest to rozwiązanie niezbyt ekonomiczne i mało komfortowe – nadmierne ilości ciepła opuszczają strefę pracy, a następnie gromadzą się pod stropodachem. Wadą tego systemu jest również długi czas potrzebny do osiągnięcia wymaganej temperatury ogrzewanego pomieszczenia.

Ogrzewanie hali płaszczyznowe

Ogrzewanie hali płaszczyznowe, najczęściej wodne podłogowe należy wcześniej przeanalizować biorąc pod uwagę czynniki, takie jak obciążenia posadzki, miejsca montażu maszyn czy lokalizację kanałów technicznych. Posadzki przemysłowe muszą się charakteryzować w tym przypadku większą wytrzymałością, co wymaga zastosowania lepszego zbrojenia. Do zalet tego systemu zalicza się brak występowania burzliwego ruchu powietrza (kurz i pył nie unosi się w powietrzu), bezawaryjność (przewody grzewcze zatopione w podłodze nie wymagają jakiejkolwiek konserwacji czy przeglądów), niskie parametry czynnika grzejnego (30–45°C), możliwość współpracy z kotłem kondensacyjnym lub pompą ciepła oraz szybkie wysychanie podłogi. Do wad zalicza się zazwyczaj wyższy koszt inwestycyjny w stosunku do innych systemów ogrzewania hali, a także większą bezwładność cieplną.

Ogrzewanie hali promiennikowe

Ogrzewanie hali promiennikowe polega na przekazywaniu ciepła bezpośrednio do ogrzewanych powierzchni (ludzi, produktów czy przedmiotów) bez konieczności podgrzewania powietrza. Tego typu systemy dostarczają ciepło wyłącznie na drodze promieniowania, co uznawane jest za bardziej komfortowe dla człowieka. Stosuje się tu promienniki gazowe podczerwieni, elektryczne lub wodne, przy czym wodne wymagają dodatkowego źródła ciepła, np. kotła. W przypadku promienników gazowych zachodzi z kolei konieczność doprowadzenia określonej ilości powietrza niezbędnego do procesu spalania, a ponadto mają stosunkowo wysoką temperaturę powierzchni (nawet 500°C). Mogą natomiast w sposób selektywny ogrzewać punktowo wybrane stanowiska czy strefy pracy.

Porównanie systemów ogrzewania hal przemysłowych

W tabeli poniżej zestawiono różne systemy ogrzewania hal wraz z ich najważniejszymi cechami.

Rodzaje urządzeń stosowanych do ogrzewania hali

Planując ogrzewanie hali ważnym aspektem jest rozmieszczenie urządzeń grzewczych w obiekcie. Niektóre z nich podlegają ścisłym obostrzeniom, co do miejsca montażu wynikającym ze specyfiki ich funkcjonowania. Należy koniecznie zapoznać się z zaleceniami producenta w tym zakresie i zawsze ich przestrzegać. Urządzenia pracujące w grupie powinny być montowane w taki sposób, aby zoptymalizować pracę całego układu.

Nagrzewnice i aparaty grzewczo-wentylacyjne

Dużą zaletą tych urządzeń jest możliwość pracy zarówno w trybie grzewczym, jak i chłodzącym w okresie letnim. Szybko nagrzewają powietrze, które rozprowadzane jest po całym pomieszczeniu z możliwością skierowania go w wybrane miejsce. Nagrzewnice mogą być przenośne lub montowane na stałe – stojące lub wiszące. Najbardziej popularne są modele ogrzewane wodą (konieczne jest wykorzystanie instalacji c.o.) i gazem, a rzadziej wybierane są wersje olejowe i elektryczne ze względu na wysokie koszty nośników energii. Kolejną zaletą nagrzewnic jest ich niewielki rozmiar, modele stojące, zawieszone na słupach albo pod stropem działają podobnie niezależnie od źródła ciepła. Mogą pracować wyłącznie na powietrze wewnętrzne, zewnętrzne albo z recyrkulacją. Należy jednak pamiętać, że nawet prawidłowo zaprojektowana nagrzewnica zlokalizowana zgodnie z zaleceniem producenta, w praktyce może nie spełniać swoich funkcji z powodu przeciągów powstających w trakcie otwierania i zamykania bram oraz ruchu pojazdów.

Generatory ciepłego powietrza

Generatory ciepłego powietrza opalane biomasą, ekogroszkiem czy olejem należą do bardzo skutecznych metod ogrzewania hal. Przekazują energię chemiczną zawartą w paliwie bezpośrednio do powietrza, bez udziału wody jako czynnika grzewczego. Płomień i spaliny podgrzewają powietrze, które następnie jest tłoczone do pomieszczenia za pomocą wentylatora o dużej wydajności przez specjalną kierownicę lub za pomocą rękawów czy rur powietrznych.

Tradycyjne grzejniki wodne

Grzejniki wodne umieszczane są na ścianach zewnętrznych pod oknami, dzięki czemu ogrzewane przez nie powietrze unosi się do góry wzdłuż okien tworząc kurtynę powietrzną. Zastosowanie grzejników wodnych ma mały wpływ na strefy znajdujące się wewnątrz hali, dlatego idealnie sprawdzają się do tzw. ogrzewania dyżurnego, zapewniając odpowiednią temperaturę w okresie, gdy obiekt jest nieużytkowany.

Promienniki ciepła

Promienniki stosowane są jako źródło ciepła głównie w wysokich pomieszczeniach. Bezpośrednie ogrzanie odpowiedniego miejsca czy ciała pozwala na ukierunkowanie strumienia ciepła w dolne partie obiektu, co minimalizuje straty związane z konwekcją. Mogą być zasilane gazem, energią elektryczną lub gorącą wodą. Modele gazowe dzielą się na ceramiczne (tzw. jasne) oraz rurowe (tzw. ciemne lub o niskiej intensywności). Promienniki elektryczne można stosować w pomieszczeniach narażonych na wybuch gazów i par.

Proces ogrzewania rozpoczyna się natychmiast po włączeniu urządzenia, a jego wydajność nie zmniejsza się na otwartej przestrzeni czy w dużej kubaturze zamkniętej oraz w przypadku słabej izolacyjności cieplnej osłony budynku, co często zdarza się w przypadku hal przemysłowych. Innymi zaletami promienników są m.in. duża wydajność, skuteczność, niewielki ciężar oraz prostota montażu i użytkowania. Duża precyzja tych urządzeń wynika z możliwości ogrzewania podczerwienią w sposób ogólny, strefowy lub punktowy, a wybór ich rozmieszczenia uzależniony jest od specyfiki hali oraz indywidualnych potrzeb użytkowników.

Kurtyny powietrzne

Kurtyny powietrzne ograniczają wypływ ciepłego powietrza z hali albo zmniejszają napływ zimnego powietrza z zewnątrz. Jako bariera dla powietrza napływającego z zewnątrz mogą być montowane nad bramą czy drzwiami (poziomo) lub obok wejścia (pionowo). Ich zadaniem jest zmniejszenie różnicy temperatury po obu stronach wejścia i eliminowanie efektu przeciągu w pomieszczeniu. Są to urządzenia o działaniu lokalnym i małej bezwładności cieplnej.

Grzejniki kanałowe

Grzejniki umieszczone w kanale podłogowym są w stanie skutecznie ogrzać daną powierzchnię oraz ochronić ją przed napływem zimnego powietrza z zewnątrz, podobnie jak kurtyna powietrzna, z tym że charakteryzują się mniejszą od nich wydajnością. Montuje się je głównie wzdłuż przeszkleń, gdzie ciepło jest najszybciej oddawane i jednocześnie zachodzi potrzeba zabezpieczenia okien przed zaparowaniem i wilgocią.

Destratyfikatory powietrza

To urządzenia które nie wytwarzają same ciepła, a jedynie wspomagają ogrzewanie hali poprzez wywołanie mieszania się mas powietrza o różnej temperaturze. Dzięki nim ciepłe powietrze zgromadzone pod sufitem jest przemieszczane do chłodniejszych stref zlokalizowanych przy podłodze. Pozwala to uzyskać równomierny pionowy rozkład temperatury w obrębie całej hali. Najlepiej sprawdzają się w obiektach wysokich (powyżej 6 m), gdzie pozwalają znacznie zmniejszyć koszty ogrzewania.