Ogrzewanie z amerykańskim rodowodem. System ogrzewania powietrznego. ABC instalacji

Ogrzewanie powietrzne znano już w starożytności – wnętrza ogrzewano ciepłym, nagrzanym słońcem powietrzem rozprowadzanym grawitacyjnie specjalnymi kanałami. We współczesnych systemach ogrzewania powietrznego, które dotarły do nas z Ameryki, siłą wymuszającą obieg powietrza są wentylatory zasilane energią elektryczną.

Tak naprawdę system ogrzewania powietrznego to nic innego jak wentylacja mechaniczna nawiewno-wywiewna. W odróżnieniu od „zwykłej” wentylacji, której wydajność zależy od ilości zanieczyszczeń, jakie muszą być usuwane wraz z powietrzem wywiewanym z pomieszczeń, musi być jednak tak zaprojektowany, aby za pośrednictwem nawiewanego powietrza dostarczał do pomieszczeń wystarczającą ilość ciepła. W praktyce oznacza to, że ilość powietrza wentylacyjnego w systemie ogrzewania powietrznego jest znacznie większa niż w systemie wentylacji.

Przykładowy schemat instalacji ogrzewania powietrznego. Autor: Agnieszka Sternicka , Marek Sternicki

Źródło ciepła

Kocioł. W systemach ogrzewania powietrznego źródłem ciepła jest najczęściej kocioł ogniowo-powietrzny z wbudowanym wentylatorem, zwany kotłem nadmuchowym. Może być on zasilany gazem ziemnym, propanem technicznym lub olejem opałowym. Od kotłów tradycyjnych, to znaczy wodnych, różni się właściwie tylko tym, że zamiast wymiennika ciepła typu spaliny – woda ma wymiennik spaliny – powietrze.
Powietrze ogrzewa się, opływając komorę spalania, a następnie przepływając przez rurki wymiennika, które omywane są z zewnątrz spalinami. Nie ma czynnika pośredniczącego w wymianie ciepła (wody grzejnej).

Nagrzewnica. Źródłem ciepła może być także nagrzewnica elektryczna, ale jest to rozwiązanie bardzo drogie w eksploatacji i dlatego rzadko stosowane.

Kanały do transportu powietrza

Powietrze jest transportowane do pomieszczeń kanałami wentylacyjnymi. W domach jednorodzinnych w celu ograniczenia do minimum szumów powodowanych przez przepływające powietrze oraz przenoszenia dźwięków między pomieszczeniami stosuje się kanały zbudowane ze specjalnych płyt z włókien szklanych połączonych żywicą termoutwardzalną albo z pianki poliuretanowej pokrytej folią aluminiową. Są lżejsze od tradycyjnych kanałów wentylacyjnych z blachy, łatwiejsze od nich w montażu, bardziej szczelne i lepiej tłumią hałas. W przeciwieństwie do kanałów blaszanych nie wymagają także dodatkowej izolacji termicznej zapobiegającej stratom ciepła oraz wykraplaniu pary wodnej z powietrza.

Powietrze po przefiltrowaniu jest ogrzewane w kotle nadmuchowym i rozprowadzane kanałami powietrznymi do pomieszczeń. Na głównym kanale (nad kotłem) umieszczony jest nawilżacz. Autor: FGN SYSTEM

Kratki nawiewne w pomieszczeniach

Kratki wentylacyjne nawiewne powinny się znaleźć w miejscach, w których najbardziej zależy nam na podniesieniu temperatury powietrza, na przykład w pobliżu okien.
Często umieszcza się kratki w podłodze pod oknami (nawiewają powietrze w górę, na szyby). Jest to rozwiązanie korzystne ze względu na komfort cieplny, ale bardzo złe pod względem higienicznym. Powoduje bowiem porywanie kurzu i wszelkich zanieczyszczeń z podłogi, wprowadzanie ich w ruch, tak że rozprzestrzeniają się po całym pomieszczeniu. Takich problemów nie ma, kiedy kratki są umieszczone wysoko. Wtedy jednak rozkład temperatury w pomieszczeniu jest niekorzystny dla przebywających w nim osób – ciepłe powietrze nawiewane jest na głowy, a nogi pozostają w strefie chłodniejszej. Z dwojga złego lepiej zamontować kratki niżej. Trzeba jednak zadbać o to, aby były odpowiednio duże, bo dzięki temu powietrze będzie wylatywało z nich z niewielką prędkością. To pozwoli ograniczyć unoszenie zanieczyszczeń z podłogi.
Kratki nawiewne powinny być tak rozmieszczone, aby strumień z nich nie był skierowany bezpośrednio na osoby przebywające w pomieszczeniu. Powietrze nawiewane powinno najpierw zmieszać się z powietrzem z pomieszczenia, a dopiero potem dotrzeć do strefy przebywania ludzi. W przeciwnym razie jego ruch może być odczuwany jako nieprzyjemny przeciąg.

Nawiewniki można instalować w podłodze. Autor: FGN SYSTEM		Kanały doprowadzające powietrze do nawiewników sufitowych trzeba obudować, aby nie szpeciły wnętrza. Tu ukryto je nad sufitem podwieszonym, w części pomieszczenia nad oknami. Autor: FGN SYSTEM		Obudowę kanałów doprowadzających powietrze do nawiewników umieszczonych przy podłodze można wykorzystać jako miejsce do siedzenia. Autor: FGN SYSTEM

Filtry powietrza

Do wychwytywania zanieczyszczeń pyłowych w systemach ogrzewania powietrznego, podobnie jak w systemach wentylacji mechanicznej, służą specjalne filtry powietrza. Montuje się je w głównym kanale wentylacyjnym dostarczającym powietrze do kotła nadmuchowego. Zatrzymują nawet najdrobniejsze zanieczyszczenia.

Powtórne wykorzystanie zużytego powietrza

W systemie ogrzewania powietrznego zaledwie część nawiewanego powietrza jest niezbędna ze względów higienicznych. Reszta jest tylko nośnikiem ciepła potrzebnego do ogrzania domu. Część powietrza wyciąganego z pomieszczeń może być więc powtórnie do nich nawiewana. To powietrze jest zdecydowanie cieplejsze od powietrza zewnętrznego – jego temperatura jest zbliżona do temperatury panującej w pomieszczeniu, z którego jest wywiewane. Dlatego wystarczy je tylko trochę podgrzać, aby można było ponownie skierować je do pomieszczenia.

Recyrkulacja, czyli powtórne wykorzystanie powietrza wywiewanego z pomieszczeń, jest najprostszym sposobem na zaoszczędzenie znacznej ilości energii zużywanej do ogrzania powietrza wentylacyjnego.

Powietrze usuwane z pomieszczeń, w których powstają szczególne zanieczyszczenia (przede wszystkim nieprzyjemne zapachy), czyli z kuchni, WC itp., nie może być powtórnie nawiewane, czyli nie może recyrkulować. Aby wykorzystać zawarte w nim ciepło, trzeba zastosować wymienniki do odzysku ciepła – rekuperatory – uniemożliwiające mieszanie się strumieni powietrza świeżego i usuwanego.

Niezbędne minimum świeżego powietrza

Nie można całkowicie zrezygnować z wymiany powietrza w pomieszczeniach. Jest ona niezbędna ze względu na konieczność dostarczenia tlenu do oddychania oraz usuwania nadmiaru pary wodnej oraz substancji zapachowych (często szkodliwych dla zdrowia) wydzielających się z elementów wyposażenia wnętrz, materiałów budowlanych, a także będących efektem ubocznym wykonywania różnego rodzaju prac domowych (gotowania, prania, prasowania itp.). Część powietrza wywiewanego z pomieszczeń nie może być powtórnie do nich nawiewana i jest usuwana z budynku przez wyrzutnię powietrza. W jego miejsce zasysane jest z zewnątrz, przez czerpnię, świeże powietrze, które następnie miesza się z powietrzem recyrkulacyjnym.

Uwaga! Udział świeżego powietrza w ogólnej ilości nawiewanego powietrza powinien być dostosowany do aktualnych potrzeb, ale nie mniejszy niż wymagany w polskich przepisach minimalny strumień powietrza wentylacyjnego.

Czerpnia ścienna musi być umieszczona minimum 2 m nad powierzchnią terenu. Wyrzutnia znajdująca się na tej samej ścianie musiałaby być od niej oddalona co najmniej o 1,5 m, a przy tym 3 m w poziomie i 2 m w pionie od okna. Autor: FGN SYSTEM

Nawilżanie

Powietrze w czasie ogrzewania ulega osuszeniu. Dlatego wiele osób zimą w ogrzewanych pomieszczeniach odczuwa drapanie w gardle, suchość błon śluzowych, bóle głowy. Można temu zapobiec, nawilżając powietrze.
W systemach ogrzewania powietrznego montuje się w tym celu kanałowe nawilżacze powietrza, najczęściej parowe. Nawilżacz parowy podgrzewa do wysokiej temperatury wodę zgromadzoną w specjalnym zbiorniku. Woda odparowuje i w postaci pary jest wprowadzona do kanału wentylacyjnego przez tak zwane lance parowe. Aby powietrze porwało ze sobą całą wtłaczaną do kanału parę wodną, konieczny jest odpowiedniej długości prosty odcinek kanału, w którym nie wystąpią zawirowania powietrza mogące spowodować wytrącenie kropel wody. Z tego samego powodu prędkość powietrza w tym odcinku kanału nie może być zbyt duża.
Nawilżone powietrze zdecydowanie podnosi komfort w pomieszczeniach, do których jest nawiewane. Jednak nawilżacz parowy pobiera bardzo dużo energii, a jego elektrody bardzo szybko się niszczą, jeśli nie napełnia się go specjalnie uzdatnioną wodą. Koszt instalacji uzdatniania wody jest, niestety, wysoki.

Uwaga! Nie należy wierzyć zapewnieniom producentów i dystrybutorów nawilżaczy, że ich urządzenia mogą pracować, wykorzystując nieuzdatnioną wodę. Praktyka pokazuje, że w Polsce woda (zwłaszcza z wodociągu) bardzo szybko niszczy nawilżacze.

Szczegółowe zalecenia co do parametrów wody są zawsze zawarte w dokumentacji technicznej załączonej do kupowanego nawilżacza. Aby sprawdzić, czy woda, jaką dysponujemy, spełnia wymagania producenta, musimy zlecić jej badanie. Jeśli okaże się, że nie, to nie możemy liczyć na uwzględnienie przez producenta ewentualnej reklamacji zepsutego nawilżacza.

Najlepsze do domów szkieletowych

Lekka konstrukcja domów szkieletowych, a co za tym idzie, niewielka zdolność akumulacji ciepła sprawia, że tradycyjne ogrzewanie nie sprawdza się w nich tak dobrze jak w domach murowanych. Ogrzewanie takie polega bowiem w dużej mierze na przekazywaniu ciepła przez promieniowanie. Z powierzchni grzejnej (promiennika, grzejnika, pieca akumulacyjnego, ciepłej podłogi czy ściany w ogrzewaniu płaszczyznowym) emitowane jest promieniowanie podczerwone, które jest zamieniane na ciepło w chwili, kiedy pada na przedmioty znajdujące się w pomieszczeniu, w tym również ściany, i je ogrzewa. Jeśli przedmioty (ściany) mają dużą zdolność akumulacji ciepła, są przez długi czas ciepłe i same przez ten czas emitują promieniowanie podczerwone odbierane przez przebywających w pobliżu ludzi jako przyjemne ciepło.
Ściana o niskiej akumulacyjności ciepła również nagrzeje się w ten sam sposób, ale po wyłączeniu urządzenia grzewczego bardzo szybko ostygnie i nie będzie już oddawać ciepła do otoczenia.
Dlatego w budynkach wykonanych z materiałów o niskiej akumulacyjności ciepła (na przykład szkieletowych) najlepiej sprawdza się taki system grzewczy, który ogrzewa głównie powietrze w pomieszczeniu, a tylko w niewielkim stopniu podnosi temperaturę przegród. Jest nim właśnie ogrzewanie powietrzne.
Mała akumulacyjność to nie jedyny argument. Domy zbudowane w technologii szkieletowej są z założenia bardzo szczelne. Muszą więc być wyposażone w wydajny system wentylacji. Materiały, z których są zbudowane, nie są odporne na wilgoć i przy braku wymiany powietrza w budynku ulegają szybkiemu i nieodwracalnemu uszkodzeniu.
W domu szkieletowym łatwo jest poprowadzić kanały wentylacyjne w przestrzeni wewnątrz przegród. Łatwiej też niż w budynkach murowanych wykonać otwory w przegrodach na przejścia kanałów.

W domach szkieletowych łatwiej rozprowadzić kanały niż w murowanych. Można je ukryć w konstrukcji przegród. Autor: POLSKI KOMFORT		Powietrze może być wyciągane przez jedną wspólną kratę w przedpokoju. Trzeba wówczas zapewnić swobodny przepływ powietrza między pomieszczeniami. Autor: FGN SYSTEM

Czy amerykańskie znaczy najlepsze?

Koszt wykonania instalacji ogrzewania powietrznego, która przecież nie tylko ogrzewa, ale także pełni funkcję wentylacji mechanicznej nawiewno-wywiewnej, nie jest dużo wyższy niż koszt tradycyjnej wodnej instalacji c.o. z grzejnikami wykonanej z dobrej jakości materiałów.
Problemem może być raczej stosunkowo niewielka wiedza polskich projektantów o systemach ogrzewania powietrznego i brak doświadczenia wykonawców w prowadzeniu tego typu inwestycji. Systemy ogrzewania powietrznego dotarły do nas z Ameryki, gdzie od wielu lat są najpopularniejszym sposobem ogrzewania domów jednorodzinnych, zwykle szkieletowych. Trzeba bardzo uważać, aby nie zainwestować sporych pieniędzy w coś, co kusi swą oryginalnością i pomysłowością, ale nie jest wystarczająco sprawdzone w naszych warunkach. Pamiętajmy, że w Ameryce nie buduje się tak jak u nas na kilka pokoleń, a klimat jest w wielu rejonach inny niż w Polsce.

Ogrzewanie powietrzne – zalety i wady
Zalety:
1) W ramach jednego systemu ogrzewania powietrznego można zapewnić jednocześnie skuteczne ogrzewanie i komfortową wentylację z filtracją i nawilżaniem powietrza. Jest jedna „wspólna” instalacja, czyli jedna inwestycja. Można w prosty sposób rozszerzyć jej funkcje o chłodzenie, uzyskując w ten sposób pełną klimatyzację pomieszczeń przez cały rok.
2) Ogrzewanie powietrzne ma małą bezwładność, dzięki czemu jego wydajność bardzo szybko dostosowuje się do aktualnego zapotrzebowania na ciepło. Oznacza to, że ciepło dostarczane jest tylko wtedy, kiedy jest rzeczywiście potrzebne, a to pozwala na znaczne – do 30% – oszczędności energii w stosunku do tradycyjnych (wodnych) systemów ogrzewania.
3) System można zimą wyłączyć na dłuższy czas bez obawy, że zamarznie. Takie postępowanie z wodnymi systemami grzewczymi nie jest możliwe.
4) Nie ma ryzyka zalania pomieszczeń wodą w przypadku rozszczelnienia instalacji.
5) Instalacje ogrzewania powietrznego są trwalsze niż wodnego. Nie grożą im kamień kotłowy i korozja.
6) Elementy instalacji przekazujące ciepło do pomieszczeń (kratki nawiewne) nie zajmują miejsca i nie szpecą (tę zaletę ma także ogrzewanie wodne płaszczyznowe – podłogowe lub ścienne).

Wady:
1) Przekazywanie ciepła na drodze promieniowania jest bardziej naturalne – w ten sposób ogrzewają nas słońce i ogień. Dlatego ogrzewanie wykorzystujące zjawisko promieniowania (grzejnikowe, podłogowe, ścienne) jest odczuwane przez człowieka jako przyjemniejsze i bardziej dla niego korzystne.
2) W pomieszczeniach z ogrzewaniem powietrznym komfort cieplny jest osiągany przy niekorzystnej ze względów higienicznych temperaturze, wyższej niż w przypadku ogrzewania przez promieniowanie. Wynika to z dwóch faktów.
Po pierwsze – im większa jest prędkość powietrza, tym większa jest jego siła chłodząca. Z dwóch strumieni powietrza o tej samej temperaturze jako zimniejszy będzie odczuwany ten, który będzie omywał ludzkie ciało z większą prędkością, dlatego trzeba go podgrzać do odpowiednio wyższej temperatury.
Po drugie – promieniowanie podczerwone (występujące w systemach ogrzewania przez promieniowanie) przetwarza się w ciepło w chwili, gdy pada na osobę bądź przedmiot i je nagrzewa; człowiek ogrzany w ten sposób odniesie wrażenie komfortu cieplnego mimo niższej temperatury otaczającego powietrza.
3) Ze względu na wyższą (z założenia) temperaturę powietrza w pomieszczeniach z ogrzewaniem powietrznym straty ciepła przez przenikanie przez przegrody są wyższe niż w pomieszczeniach ogrzewanych przez promieniowanie. Dlatego przegrody muszą mieć bardzo dobrą izolacyjność.
4) Intensywne ruchy powietrza powodują unoszenie się i przemieszczanie kurzu i pyłu.
5) Systemy ogrzewania powietrznego pracują głośniej niż wodnego.
6) Kanały ogrzewania powietrznego zajmują znacznie więcej miejsca niż rury ogrzewania wodnego. Trzeba wygospodarować na nie więcej miejsca w ścianach i stropach, aby je ukryć.
7) Pomieszczenia ogrzewane powietrzem szybko wychładzają się w razie ewentualnej awarii wentylatorów lub przerwy w dostawie prądu (podłogi, ściany i meble nie nagrzewają się, bo nie ma zjawiska promieniowania).

EKSPERT RADZI (Profesor nadzwyczajny Leszek Laskowski, kierownik Pracowni Fizyki Budowli i Instalacji na Wydziale Architektury Politechniki Warszawskiej)

O tym, jakie ogrzewanie wybrać – wodne czy powietrzne – możemy dyskutować długo i z pasją. Podobnie jak na temat ocieplania domów wełną mineralną lub styropianem.
Ogrzewanie powietrzne nie ma ugruntowanej tradycji w naszym budownictwie mieszkaniowym. Czy to przypadek? Nie było na nie zapotrzebowania (mniejsza o przyczyny), więc ani go nie projektowano, ani nie instalowano, ani nie badano w trakcie użytkowania, jeśli nie liczyć zapomnianego już i chyba niezbyt udanego, bo szybko zarzuconego eksperymentu w tym zakresie sprzed kilkudziesięciu lat. Zatem nasza wiedza opiera się na domniemaniach wynikających z cudzych poglądów i opinii. Ale cóż Czytelnikowi Muratora po domniemaniach?
W takim razie ani nie zamierzam właścicielom małych domów takiego ogrzewania szczególnie polecać, ani ich do niego zniechęcać. Proponuję natomiast, aby przed podjęciem ostatecznej decyzji spróbowali sobie odpowiedzieć na poniższe pytania:
1. Czy istotnie opłaca się w małym domu instalować dwa niezależne i zupełnie odmiennie pracujące urządzenia: jedno do ogrzewania pomieszczeń, a drugie do podgrzewania wody?
2. Czy elementy instalacji ogrzewania powietrznego są, chociażby ze względu na gabaryty, istotnie tańsze od analogicznych elementów występujących w innych systemach ogrzewania małych domów?
3. Czy pamiętamy o tym, że wentylator i nawilżacz wymagają zasilania drogą energią elektryczną?
4. Czy na pewno będziemy systematycznie czyścić trudno dostępne kanały powietrzne, aby nie dopuścić do gromadzenia się w nich kurzu (tak niebezpiecznego dla alergików), a w przypadku transportu wilgotnego powietrza również do rozwoju grzybów pleśniowych i bakterii?
5. Czy, zwłaszcza wieczorami, nie będzie nam przeszkadzał monotonny szum towarzyszący pracy urządzenia, choć do pasji potrafi nas doprowadzić dochodzący zza ściany odgłos kapiącej z kranu wody?
6. Czy na pewno lubimy chwilami wyraźnie odczuwalny powiew powietrza w pomieszczeniu?
7. Czy zauważyliśmy, że na większości rysunków budynek ogrzewany powietrzem jest podpiwniczony, podczas gdy obecnie najczęściej rezygnuje się z piwnicy?
8. Wreszcie – czy mamy świadomość, że – zwłaszcza w małym domu jednorodzinnym – elementy instalacji będziemy musieli zamontować nieraz kosztem powierzchni mieszkalnej?
Oczywiście, tego rodzaju pytania można sformułować również pod adresem każdego innego systemu ogrzewania.
Odpowiedzi wcale nie muszą przesądzać o naszej negatywnej decyzji, ale warto wszystko dobrze przemyśleć przed jej podjęciem.