Technika ogrzewania pomieszczeń (2). Ceramika pod prądem

zobacz artykuł w formie pdf  zobacz pdfa zobacz pdfa zobacz pdfa  

Panele ceramiczne zasilane energią elektryczną należą do grupy nowych, wysokowydajnych urządzeń grzewczych, spełniających współczesne wymagania techniczne, estetyczne, ekologiczne i ekonomiczne. Dlatego też takie naścienne elementy grzejne są obecnie coraz częściej stosowane do ogrzewania różnych pomieszczeń.
Omawiane elementy grzejne są w stanie stworzyć w pomieszczeniach komfortowe warunki dla przebywania osób, w dodatku odpowiednio przyspieszając proces ogrzewania całego pomieszczenia. Z kolei takie cechy paneli ceramicznych jak wysoka niezawodność, długowieczność, nieprzepuszczalność wilgoci, a przy tym bezpieczeństwo przeciwpożarowe i przeciwwybuchowe dają możliwość zastosowania ich w różnych typach pomieszczeń jako podstawowe lub dodatkowe źródło ogrzewania (mieszkania, apartamenty, domy, wille,

dacze, pawilony i moduły handlowe, a także dowolne obiekty komunalne i ogólnodostępne).
Można tu wskazać, że omawiana technika grzewcza realizowana jest przykładowo w oparciu o grzejniki naścienne zasilane niskoparametrową energią elektryczną, czyli o napięciu 220-250 V oraz o częstotliwości 50-60 Hz, przy czym moc grzejna pojedynczego panelu wynosi ok. 375 W, a zatem gęstość strumienia ciepła przekazywanego z powierzchni czołowej pojedynczego panelu wynosi ok. 1000 W/m2. Graniczną, maksymalną wartością temperatury powierzchni jest 80oC, po osiągnięciu której zewnętrzny sterownik wyłącza zasilanie.

Biorąc pod uwagę głębokość przenikania promieniowania cieplnego do organizmu ludzkiego, to najbardziej przyjazny zakres fal elektromagnetycznych wynosi 8,5-10 μm,  przy czym jego maksimum przypada na długość fal 9,3-9,5 μm. Warto podkreślić, że ciało człowieka również promieniuje falami podczerwieni (zgodnie z prawem Prevosta) o zakresie 2,5-25 μm. Natomiast emitowane przez grzejnik promieniowanie podczerwone zawiera się w zakresie długości fal 9,1-10,2 μm, a zatem w tym to zakresie przekazywana energia promienista jest dobrze i przyjaźnie odczuwalne przez ludzkie ciało.

Panele grzewcze zwykle instalowane są w najzimniejszych strefach pomieszczenia, najczęściej po wewnętrznej stronie ścian szczytowych. Rozmieszczenie paneli powinno się zaplanować w taki sposób, aby uniknąć powstania zróżnicowanych temperaturowo stref. Warto pamiętać, że ogrzewanie pomieszczeń jest bardziej efektywne przy zastosowaniu większej ilości grzejników o mniejszej mocy, rozmieszczonych w strefach z największymi stratami ciepła. Sumaryczna moc grzejników powinna jednak odpowiadać stratom ciepła w obiekcie i objętości każdego pomieszczenia.

Wspomniane grzejniki występują w postaci płaskich płyt ceramicznych o białej lub czarnej gładkiej powierzchni czołowej, o wymiarach 600 na 600 mm oraz grubości 12 mm, o masie 10 kg, przy czym ceramika związana jest konstrukcyjnie z blachą stalową stanowiącą tylną część panelu. Blacha ta służy jako element umożliwiający jej zawieszenie na ścianie. Wewnątrz grzejnika przypowierzchniowo umieszczony jest element przewodzący prąd elektryczny. Znajduje się on w żaroodpornej silikonowej osłonie, a został hermetycznie wklejony przy pomocy specjalnej mieszanki w ceramikę.
Ceramika – podstawowy materiał grzejnika, jest wytrzymała, estetyczna, trwała, naturalna i przyjazna środowisku, nie wydziela substancji niebezpiecznych.
Zastosowany w grzejniku materiał ceramiczny, poprzez swoją znaczną pojemność cieplną, spełnia jeszcze dodatkowo funkcję akumulacji ciepła. Funkcja ta polega na gromadzeniu ciepła w fazie zasilania grzejnika, a potem odpowiednio długim, powolnym oddawaniu ciepła po wyłączeniu zasilania grzejnika przez zewnętrzny termoregulator.

Ze względu na budowę i zastosowane materiały grzejnik jest trwałym i niezawodnym urządzeniem, o przewidywanym okresie eksploatacji sięgającym 30 lat, przeto objęty jest 5-letnią gwarancją.
Zakurzoną lub pokrytą pyłem powierzchnię czołową panelu grzewczego można stosunkowo łatwo oczyścić tylko za pomocą miękkiej bawełnianej ściereczki lub bawełnianej szczotki. Mogą być one nieznacznie wilgotne lub nasączone specjalnym płynem do czyszczenia.
Pracę pojedynczego panelu lub zespołu paneli organizuje odpowiednio dobrany sterownik. Przykładowo można podać, że najprostszy z nich – beznapięciowy przekaźnik – programowany regulator temperatury (tygodniowy) posiada 9 niezależnych programów eksploatacyjnych, które określają trzy poziomy temperatury.

Zakres stosowania
Warunkiem koniecznym użytkowania systemu grzewczego, opartego na działaniu kotła wodnego opalanego typowym paliwem stałym, ciekłym lub gazowym, jest umieszczenie w konstrukcji budynku murowanego kanału kominowego lub przynajmniej zastosowanie stalowego komina w strefie przyściennej obiektu. Nie zawsze jest to możliwe z różnych względów, w tym i estetycznych.
Podobnie nie wszystkie, szczególnie nowo wznoszone, budynki znajdują się w strefie zasilanej w ciepło sieciowe, jak i w gaz przewodowy z krajowego  systemu gazoenergetycznego. Uniemożliwia to stosowanie typowych nośników energii poza energią elektryczną.
Występują bowiem takie sytuacje lokalizacyjne obiektów, w których jedynym dostępnym nośnikiem jest energia elektryczna. Mamy wówczas dwie podstawowe możliwości zastosowania tego nośnika: bezpośrednie wykorzystanie, np. do zasilania grzejników, lub pośrednie – poprzez wprowadzenie do systemu sprężarkowej pompy ciepła, również zasilanej energią elektryczną.
Technika grzewcza oparta na ceramicznych panelach grzewczych jest szczególnie predysponowana do pomieszczeń znakomicie izolowanych cieplnie od otoczenia. Wówczas to straty cieplne pomieszczenia są niewielkie i można domniemywać istotnych korzyści płynących z zastosowania źródła ciepła zasilanego bezpośrednio energią elektryczną. Unikamy wówczas stosowania innych źródeł ciepła, tych opartych na spalaniu konwencjonalnych paliw stałych, w tym i biomasy, ciekłych i gazowych. Unikamy konieczności stosowania systemu rur rozprowadzających nośnik ciepła po całym ogrzewanym obiekcie. Również nie wchodzi w grę stosowanie grzejników konwekcyjnych.

Łatwość programowania (tygodniowego i dobowego), działania panelu grzewczego, sterowania temperaturą jego powierzchni oraz mocą grzejną jest tutaj również warta rozważenia.
Bezpośrednie korzystanie z energii elektrycznej – jako drogiego nośnika energii – w przypadku zastosowania paneli ceramicznych, mimo stosunkowo wysokich kosztów ich eksploatacji, daje możliwość uniknięcia znacznych kosztów inwestycyjnych, tak charakterystycznych dla systemów grzewczych opartych na konwencjonalnych paliwach. A zatem im lepiej izolowane przegrody zewnętrzne obiektu, tym bardziej należy przynajmniej rozważyć możliwość zastosowania paneli grzewczych. Stosowaniu takich urządzeń wychodzi naprzeciw tendencja stosowania w budownictwie obiektów pasywnych energetycznie czy też wysoko energooszczędnych.

Podsumowanie
Podsumowując niniejszy tekst, należy podkreślić, że ogrzewanie przy pomocy paneli ceramicznych zasilanych energią elektryczną stanowi dość interesującą alternatywę wobec klasycznych systemów opartych na konwencjonalnym kotle wodnym zasilanym typowymi nośnikami energii takimi jak gaz ziemny, ciekły propan, olej opałowy, pelety czy też groszek ekologiczny.
Taki system grzewczy jest szczególnie predysponowany do obiektów o znakomitej izolacyjności cieplnej przegród zewnętrznych, a w dodatku szczelnych, czyli o niskiej składowej stracie wentylacyjnej.
Coraz częściej występują takie sytuacje lokalizacyjne obiektów, w których jedynym dostępnym nośnikiem jest energia elektryczna. Mamy wówczas dwie podstawowe możliwości zastosowania tego nośnika: bezpośrednie wykorzystanie, np. do zasilania grzejników, lub pośrednie, poprzez wprowadzenie do systemu sprężarkowej pompy ciepła, również zasilanej energią elektryczną.
Do bezpośredniego wykorzystania energii elektrycznej szczególnie predysponowane są omawiane grzejniki ceramiczne.
Takie grzejniki zapewniają wysoką sprawność systemu ogrzewania osiągającą, praktycznie rzecz biorąc, 99-100%, w odróżnieniu od innych źródeł zasilanych paliwami konwencjonalnymi, dla których sprawność systemu ogrzewania jest dużo niższa (dochodzi do wartości nawet poniżej ok. 40-50% w skrajnym przypadku niektórych paliw i źródeł).
Tymczasem w pośrednim wykorzystaniu energii elektrycznej zastosowanie

w systemie grzewczym pompy ciepła wymusza odpowiednie dla niej wykonanie tzw. dolnego źródła ciepła, którym może być powietrze atmosferyczne, woda powierzchniowa lub podziemna albo też grunt. A zatem dochodzi niekiedy do kłopotu z dobraniem odpowiedniego, zasobnego dolnego źródła dla pompy ciepła. Natomiast w przypadku pozytywnym zawsze dochodzi, niekiedy znaczny, koszt wykonania tego źródła. Ponieważ zwykle pompy ciepła pracują w zakresie temperatury wody instalacyjnej co najwyżej do ok. sześćdziesięciu kilku stopni Celsjusza, powierzchnia grzejników musi być dobrana jako nieco większa niż w przypadku stosowania typowego zakresu dla kotłów grzewczych, czyli co najmniej 70oC.

Oczywiście zastosowanie jako źródła pompy ciepła wymusza zastosowanie w budynku systemu rozprowadzania wody grzewczej i konwencjonalnych grzejników przyściennych, ale ta część inwestycji cenowo jest, praktycznie biorąc, niezależna od zastosowanego źródła ciepła.
Z kolei przy bezpośrednim zastosowaniu energii elektrycznej do celów grzejnych poprzez zasilanie paneli ceramicznych odpada konieczność wykonania całego tradycyjnego systemu grzewczego, tzn. kotła wodnego, systemu rozprowadzania wody instalacyjnej oraz grzejników przyściennych, co ma znaczący wpływ na obniżenie kosztu inwestycji ogrzewania. Unikamy także konieczności wykonania instalacji odprowadzania spalin.
Jednocześnie należy spodziewać się stosunkowo wysokich kosztów eksploatacyjnych – tak charakterystycznych przy bezpośrednim ogrzewaniu energią elektryczną. Koszt eksploatacyjny ogrzewania przy zastosowaniu pompy ciepła jest zwykle niższy około trzykrotnie od ogrzewania bezpośredniego.
Przy spełnieniu bardzo wysokich wymagań co do szczelności oraz izolacyjności przegród zewnętrznych obiekty, budynki i pojedyncze pomieszczenia użytkowe mogą być ogrzewane bezpośrednio energią elektryczną, gdyż w takich warunkach nakład energii na ogrzewanie nie jest znaczący, co czyni koszty ogrzewania względnie niskimi.

Warto podkreślić, że koszt typowej, konwencjonalnej instalacji grzewczej (z kotłem wodnym) tylko w stosunkowo małym stopniu zależy od wielkości zapotrzebowania na moc grzejną. Praktycznie rzecz biorąc, choć ta składowa kosztów inwestycyjnych jest mało zależna od ilości dostarczanego ciepła grzejnego, to jednak kosztowo jest zauważalna.

Stąd też panele grzejne (podobnie jak pompa ciepła) nie wymagają przyłącza gazu, składu opału, zbiorników na olej czy zbiornika na propan-butan. Panele nie potrzebują  wykonania komina, a zatem panel grzejny funkcjonuje bez palnego nośnika energii w budynku. Nie wymaga też kontroli spalin i nie emituje zanieczyszczeń. Dzięki takim grzejnikom przestajemy być palaczami we własnym domu, oszczędzając czas i zdrowie, uzyskując właściwy komfort w pomieszczeniach, chroniąc środowisko naturalne (w miejscu odbioru energii elektrycznej).
Panele grzejne nie wymagają odrębnego pomieszczenia typu kotłownia. Ich praca jest cicha. Panele są komfortowym urządzeniem grzewczym, wyposażonym w funkcjonalny system sterowania, umożliwiający optymalną pracę grzejnika w zależności od warunków pogodowych i preferencji użytkownika (np. sterowanie ogrzewaniem zgodnie z okresami obowiązywania tańszej energii). W trakcie użytkowania jest urządzeniem, które nie wymaga żadnej obsługi, a system z panelami jest najmniej awaryjnym systemem grzewczym, niewymagającym przeglądu. Jego żywotność szacowana jest na około 30 lat.
dr inż. Piotr Kubski

Dla rozszerzenia przeprowadzonej analizy w tabelach 1-4 powtórzono jej tok, przyjmując do rozważań identyczny budynek, ale różniący się istotnie tylko nakładem energii użytkowej, którą przyjęto jako EU = 40 kWh/(m2 rok), czyli jak dla bardzo dobrze izolowanego cieplnie budynku.

Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij