Przedmiotem poprzedniej serii artykułów z serii ogrzewania podłogowego, a właściwie ciepłej podłogi, były rozwiązania będące kompromisem pomiędzy profesjonalnym ogrzewaniem podłogowym i niskimi kosztami realizacji. Niniejszy artykuł będzie traktował o rozwiązaniach typowych i profesjonalnych z zakresu ogrzewania płaszczyznowego.
W przypadku stosowania ogrzewania płaszczyznowego można wykorzystywać tradycyjne źródła ciepła, takie jak: kotły gazowe, olejowe, stałopalne, wymiennikowe lub źródła ciepła niskotemperaturowe (kotły kondensacyjne, pompy ciepła, systemy solarne). W każdym jednak przypadku musimy stosować systemy regulacji temperatury, które obniżają temperaturę zasilania czynnika grzewczego na wejściu do grzejników płaszczyznowych. W przypadku, gdy temperatura zasilania źródła ciepła jest odpowiednia do uzyskania wymaganej wydajności zastosowanych grzejników płaszczyznowych, system regulacji nie musi jej obniżać. Jest to jednak przypadek szczególny, rzadko występujący.

Temperatura czynnika

Temperatura czynnika grzewczego, zasilającego grzejniki płaszczyznowe, uzależniona jest od zapotrzebowania na strumień ciepła, rozstawu rur oraz oporu cieplnego przenikania ciepła od czynnika grzewczego do powietrza w ogrzewanym pomieszczeniu. Temperatura czynnika grzewczego mieści się zazwyczaj w zakresie temperatur od 35 do 50oC dla typowych grzejników płaszczyznowych. Niższy zakres temperatury czynnika grzewczego występuje często przy zasilaniu grzejników płaszczyznowych, które charakteryzują się dobrą przewodnością cieplną. W przypadku ogrzewania podłogowego są to grzejniki z ceramicznym wykończeniem podłogi. Dobrą przewodnością cieplną charakteryzują się grzejniki ścienne i sufitowe, w których z zasady nie stosuje się pokrycia o niskiej przewodności cieplnej.

W przypadku ogrzewania ściennego w systemie suchym lub mokrym ściany pokrywane są najwyżej cienką warstwą gładzi gipsowej, tapetą lub tynkiem. Wyższy zakres temperatury czynnika grzewczego wymagany jest, gdy wykończenie (pokrycie) grzejnika płaszczyznowego charakteryzuje się dużym oporem cieplnym, np. jest to podłoga drewniana, parkiet, panele lub wykładzina dywanowa. Przedstawiony zakres temperatury czynnika grzewczego na zasilaniu nie jest obligatoryjny i może być nieco niższy lub wyższy. W przypadku ogrzewania ściennego temperatura czynnika grzewczego może być niższa niż 35ºC.

Analogicznie w przypadku ogrzewania podłogowego – przy wykończeniu charakteryzującym się dobrą izolacyjnością cieplną temperatura czynnika grzewczego może być wyższa niż 50oC. Są to jednak przypadki, które nie występują zbyt często. W przypadkach szczególnych należy się liczyć z możliwością występowania problemów np. z rozsychaniem się drewna, wzmożoną emisją zapachów od wykładzin itp.
Parametry czynnika grzewczego oraz rozstaw rur w grzejniku muszą być tak dobrane, aby zapewnić warunki komfortu cieplnego zgodnie z wykresem Königa oraz norm przedmiotowych dotyczących ogrzewania podłogowego.

Z zaworem termostatycznym przelotowym

Najbardziej popularnym rozwiązaniem służącym do redukcji temperatury czynnika grzewczego zasilającego grzejniki płaszczyznowe tG jest system regulacji temperatury z wykorzystaniem zaworu termostatycznego przelotowego (rys. 1).

Ojczyk213schemat

Rys. 1. Termostatyczny system regulacji temperatury z zaworem przelotowym:
1 – głowica termostatyczna z czujnikiem przylgowym, 2 – zawór termostatyczny przelotowy, 3 – zawór regulacyjny ręczny, 4 – wyłącznik zabezpieczający, 5 – pompa obiegowa, 6 – zawór zwrotny.

Jest to system termostatyczny, ponieważ temperatura wyjściowa tM jest stała, zaś jej wartość zależy od nastawy na głowicy termostatycznej (1):
tG = tM,
gdzie:
tG – temperatura czynnika grzewczego zasilającego grzejnik płaszczyznowy
tM – temperatura czynnika grzewczego w węźle mieszania.
Zasada działania układu do obniżania temperatury zasilania czynnika grzewczego polega na wykorzystaniu zjawiska mieszania dwóch strumieni czynnika o różnych temperaturach tZ i tP, w wyniku czego uzyskuje się czynnik grzewczy o temperaturze pośredniej tM, takiej że:
tP < tM < tZ.
Czynnik grzewczy o wysokiej temperaturze tZ przepływa przez zawór termostatyczny (2) – rys. 1. Dławienie przepływu czynnika jest uzależnione od wartości nastawy na głowicy termostatycznej (1) i wartości temperatury w punkcie przyłożenia czujnika CZ głowicy termostatycznej.
W węźle mieszania WM następuje mieszanie czynnika o wysokiej temperaturze tZ z czynnikiem wychłodzonym, powracającym z grzejnika płaszczyznowego o niskiej temperaturze tP. Następnie czynnik grzewczy o obniżonej temperaturze przepływa przez pompę obiegową (5), zawór zwrotny (6) oraz przez rurę, do której jest przytwierdzony czujnik przylgowy CZ głowicy termostatycznej (1). Gdy temperatura czynnika grzewczego jest zgodna z temperaturą zadaną na pokrętle głowicy termostatycznej, wówczas stopień otwarcia zaworu termostatycznego (2) nie ulega zmianie. W przypadku, gdy temperatura czynnika w punkcie CZ jest wyższa od temperatury zadanej na pokrętle głowicy termostatycznej (1), głowica termostatyczna przymyka zawór (2) aż do osiągnięcia temperatury w punkcie CZ zgodnej z temperaturą zadaną na głowicy termostatycznej. Gdy temperatura czynnika grzewczego w punkcie CZ jest niższa od temperatury zadanej na pokrętle głowicy termostatycznej (1), wówczas głowica termostatyczna otwiera zawór (2) aż do osiągnięcia temperatury w punkcie CZ zgodnej z temperaturą zadaną na głowicy.
Temperatura czynnika grzewczego zasilającego grzejnik płaszczyznowy zależy od proporcji mieszania strumieni: im większy jest udział czynnika grzewczego z powrotu grzejnika o niskiej temperaturze tP, tym temperatura wypadkowa (po zmieszaniu strumieni) jest niższa. W granicznym przypadku temperatura czynnika grzewczego w punkcie WM jest równa temperaturze czynnika powracającego z grzejnika płaszczyznowego o niskiej temperaturze tP. Sytuacja taka ma miejsce, gdy zawór termostatyczny (2) zostanie całkowicie zamknięty i cały strumień czynnika grzewczego powracającego z grzejnika jest zawracany przez pompę obiegową (5) na zasilanie. Całkowite zamknięcie zaworu termostatycznego (2) może nastąpić, gdy temperatura źródła tZ jest znacząco wyższa od temperatury zadanej na głowicy termostatycznej (jest to forma ochrony grzejnika przed przegrzaniem). Drugim skrajnym przypadkiem jest sytuacja, gdy zawór termostatyczny jest całkowicie otwarty, wówczas temperatura czynnika po zmieszaniu tM jest zbliżona do temperatury zasilania tZ. Taka sytuacja może mieć miejsce, gdy temperatura czynnika grzewczego na zasilaniu jest zbyt niska w stosunku do temperatury zadanej na pokrętle głowicy termostatycznej (1). Jednak nigdy nie może wystąpić taka sytuacja, że temperatura czynnika po zmieszaniu tM zrówna się z temperaturą czynnika na zasilaniu tZ. Nawet przy całkowitym otwarciu zaworu termostatycznego (2) część czynnika grzewczego tP powracającego z grzejnika płaszczyznowego zostanie zassana przez pompę obiegową do węzła mieszania WM i spowoduje obniżenie temperatury tM, tak że tM < tZ.

W istniejącym układzie stopień mieszania czynników zależy od stopnia otwarcia zaworu regulacyjnego ręcznego (3): im zawór (3) będzie bardziej otwarty, tym udział czynnika z powrotu grzejnika płaszczyznowego będzie większy, co powoduje obniżenie temperatury tM. Im zawór (3) będzie bardziej przymknięty, tym udział czynnika z powrotu grzejnika w mieszanym strumieniu będzie mniejszy, w konsekwencji temperatura tM będzie wyższa. Zaworu regulacyjnego ręcznego (3) nie możemy zamknąć, ponieważ zakłóciłoby to podstawową funkcję regulacyjną układu redukcji temperatury. Przez odpowiednie ustawienie zaworu regulacyjnego (3) można ustawić maksymalną temperaturę tM (dla maksymalnej temperatury tZ), nawet przy całkowicie otwartym zaworze termostatycznym (2). Jest to forma zabezpieczenia przed przegrzaniem grzejnika płaszczyznowego w przypadku np. uszkodzenia kapilary głowicy termostatycznej (1).
W praktyce ustawianie stopnia otwarcia zaworu regulacyjnego (3) należy dokonać metodą prób i błędów na działającej instalacji przy maksymalnej temperaturze źródła ciepła, przy zdjętym (chwilowo) czujniku temperatury CZ z rury „pomiarowej” oraz przy maksymalnej nastawie temperatury na głowicy termostatycznej (1).

Maksymalna nastawa i usunięcie czujnika CZ ma na celu zminimalizowanie oporu hydraulicznego zaworu termostatycznego (2). Przy ustawieniach jak wyżej należy powoli otwierać zawór regulacyjny ręczny (3) od pozycji zamkniętej, obserwując przyrost temperatury w punkcie mieszania. Po osiągnięciu maksymalnej temperatury zasilania grzejnika płaszczyznowego (+5oC) należy nastawę zaworu (3) zablokować lub zdjąć pokrętło zaworu, aby nastawa nie została przypadkiem zmieniona. Po dokonaniu nastawy na zaworze regulacyjnym (3) należy odpowiednio przymocować czujnik CZ na rurze „pomiarowej” oraz ustalić odpowiednią nastawę na głowicy termostatycznej (1), właściwą do temperatury zasilania grzejnika płaszczyznowego. Przeprowadzenie wszystkich czynności regulacyjnych systemu termostatycznego układu regulacji temperatury ogrzewania płaszczyznowego z wykorzystaniem zaworu termostatycznego przelotowego pozwoli na niezawodną pracę grzejników płaszczyznowych.
Dodatkowym zabezpieczeniem jest wyłącznik termiczny (4), którego zadaniem jest wyłączenie pompy obiegowej (5), gdy temperatura czynnika grzewczego zasilającego grzejnik powierzchniowy przekroczy w punkcie ZT wartość zadaną na pokrętle wyłącznika termicznego (4). Z tego względu wartość zadana na wyłączniku termicznym (4) winna być o ok. 5oC wyższa od wartości zadanej na głowicy termostatycznej (1). Przekroczenie zadanej temperatury w punkcie ZT może wystąpić gdy np. zanieczyszczenie z instalacji zablokuje grzybek zaworu termostatycznego w stanie otwartym lub gdy ciśnienie w instalacji pokona siłę docisku głowicy termostatycznej.
W układzie zabudowany jest zawór zwrotny (6), którego zadaniem jest zapewnienie odpowiedniego kierunku przepływu czynnika w instalacji.
Typowa, dostępna na rynku armatura termostatyczna (rys. 2) pozwala na regulację termostatyczną temperatury zasilania grzejników płaszczyznowych w zakresie temperatur 20-50°C.

Ojczyk213ilustracja

Rys. 2. Elementy systemu regulacji temperatury z zaworem przelotowym [1].

Ze względu na ograniczoną przepustowość armatury termostatycznej oraz ograniczoną siłę docisku typowych głowic termostatycznych maksymalna powierzchnia łączna grzejników płaszczyznowych zasilanych z jednego układu mieszającego nie powinna przekraczać 160 m2.
Prostota systemu regulacji termostatycznej decyduje o niezawodności i uniwersalności powyższego rozwiązania.
Grzegorz Ojczyk

Literatura:
[1] Materiały firmowe HERZ Armatura i Systemy Grzewcze Spółka z o.o.

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