Elektryczne ogrzewanie rezystancyjne przewodowe (część 2.)

Obok przewodów grzewczych stałorezystancyjnych, sektorowych i samoregulujących stosuje się maty grzewcze. Maty grzewcze mogą służyć jako podstawowy system ogrzewania lub jako ogrzewanie uzupełniające w celu uzyskania w krótkim czasie efektu „ciepłej podłogi”. Maty grzewcze są wykonane z przewodów stałorezystancyjnych ułożonych na siatce z tworzywa sztucznego. Wzdłuż siatki umieszczone są taśmy samoprzylepne, służące do mocowania maty do podłoża. Najczęściej stosuje się je tam, gdzie użycie przewodów grzewczych mogłoby spowodować znaczne podniesienie podłogi. Grubość maty wynosi najczęściej 3 do 4 mm. Maty grzewcze mogą być jednostronnie lub dwustronnie zasilane napięciem 230 V lub 400 V w zależności od wykonania. Przy układaniu więcej niż jednej maty do ogrzewania dużych powierzchni należy je łączyć równolegle. Maty grzewcze wykonuje się zazwyczaj w odcinkach o szerokości 0,5 m i długości od 2 do 24 m. Moc jednostkową mat grzewczych wyraża się w W/m² , zaś całkowitą moc maty w watach. Najczęściej występują maty o mocach jednostkowych 100 W/m², 160 W/m² i 300 W/m².

Mat grzewczych nie można ciąć, skracać ani zwężać. Można przecinać tylko siatkę mocującą przewody grzewcze, zwracając uwagę, aby ich nie uszkodzić. W czasie montażu mat nie należy naciągać i naprężać, powinny być luźno układane na wcześniej przygotowanym podłożu. Maty nie powinny być układane na dylatacjach i w miejscach, na których przewidziano stałą zabudowę, jak np. wanny, wc, czy szafki bez nóżek.

Do ogrzewania dachów w celu uniknięcia zalegania grubej warstwy śniegu stosuje się maty grzewcze w wykonaniu wzmocnionym z podwójnym ekranem ochronnym i specjalną siatką. Konstrukcja maty pozwala na jej wielokrotne zwijanie i rozwijanie, np. przed i po sezonie zimowym.

Podobne zastosowanie do mat grzewczych mają folie grzewcze, zwłaszcza do ogrzewania dużych powierzchni o skomplikowanych kształtach oraz do instalowania w miejscach, w których nie ma możliwości zwiększenia grubości podłoża. Folie grzewcze idealnie nadają się do ogrzewania płaszczyznowego zarówno podłogowego, jak i sufitowego oraz luster w łazienkach. Folia po zamontowaniu tworzy dużą płaszczyznę grzejną, której temperatura nie przekracza 28°C w przypadku podłogi i 40°C w przypadku sufitu. W folii grzewczej elementem grzewczym jest grafit. W handlu znajdują się folie grzewcze: o różnych mocach i wymiarach, np. o mocy 60 W/m2, 80 W/m2, 120 W/m2 o szerokości 30 cm lub 50 cm i dowolnej długości (z metra). Folie grzewcze można ciąć w dowolne odcinki i kształty dopasowując je do kształtu i wielkości ogrzewanej powierzchni – najczęściej podłogi, sufitu lub dachu. Odcinki folii łączy się za pomocą złącz zaciskowych. Krawędzie odcinków zakleja się taśmą izolacyjną. Folię grzewczą układa się bezpośrednio na podłożu budowlanym, np. na betonie bez użycia kleju, szpachli lub innych materiałów mocujących. Można ją układać pod praktycznie dowolnymi podłogami – drewnianymi, kamiennymi, pod gresem, linoleum itp. Jedną z wielu zalet folii grzewczych jest możliwość ich zasilania bezpośrednio z sieci 230 V bez stosowania transformatorów z wyjątkiem łazienek, kuchni i innych pomieszczeń wilgotnych, w których trzeba stosować obniżone napięcie bezpieczne.

Folie grzewcze są odporne na udary mechaniczne i uszkodzenia, jak np. zrobienie dziury, zwykle nie wpływają one na działanie grzewcze folii. Są one przyjazne środowisku, gdyż nie zawierają metali ciężkich i związków halogenkowych.

Kompensacja strat cieplnych w rurociągach i zbiornikach

Podczas przepływu surowców i produktów chemicznych rurociągami i przechowywania ich w zbiornikach występują, pomimo stosowania izolacji termicznej, znaczne straty ciepła, powodujące obniżanie się ich temperatury. W przeważającej liczbie przypadków straty te można kompensować elektrycznym ogrzewaniem przewodowym.

Obliczenia zapotrzebowania mocy grzewczej rurociągów i zbiorników

Aby dokonać właściwego doboru przewodów grzewczych rurociągów i zbiorników, trzeba określić stratę ciepła. Strata ciepła będzie później skompensowana mocą przewodów grzewczych. Przy obliczaniu strat ciepła trzeba brać pod uwagę następujące wielkości:

• długość rurociągu,
• liczbę armatury, podpór itp.,
• zewnętrzną średnicę rury,
• współczynnik przewodności cieplnej izolacji termicznej,
• minimalną temperaturę otoczenia,
• temperaturę utrzymania medium.

Biorąc pod uwagę kompensację strat ciepła rurociągów mocą grzewczą przewodów oblicza się moc jednostkową potrzebną do skompensowania strat ciepła wg wzoru:

gdzie:

P_j – moc jednostkowa potrzebna do skompensowania strat ciepła, w [W/m],

t_u – temperatura utrzymania mediów, w [°C],

t_a – minimalna temperatura otoczenia, w [°C],

d₂ – średnica zewnętrzna rurociągu z izolacją, w [mm],

d₁ – średnica zewnętrzna rurociągu, w [mm],

λ – współczynnik przewodności cieplnej izolacji, w [W/mK]

E – współczynnik bezpieczeństwa (zazwyczaj 1,28 przewody samoregulujące i 1,36 przewody sektorowe).

Moc całkowitą przewodów grzewczych do skompensowania strat ciepła zbiorników oblicza się z zależności:

gdzie:

P – moc całkowita potrzebna do skompensowania strat ciepła, w [W],

t_u – temperatura utrzymania medium, w [°C],

t_a – minimalna temperatura otoczenia, w [°C],

λ – współczynnik przewodności cieplnej izolacji, w [W/mK],

d – zalecana grubość izolacji, w [mm],

A – powierzchnia zbiornika, w [m2],

E – współczynnik bezpieczeństwa.

Dodatkowymi źródłami strat ciepła, które należy uwzględnić są podpory, zawory, pompy i kołnierze, a w przypadku zbiorników również rodzaj posadowienia, izolacja dachów liczba włazów, odwodnień i innych króćców.

Reasumując strata ciepła w rurociągu lub w zbiorniku jest wprost proporcjonalna do różnicy temperatury utrzymania i temperatury zewnętrznej. 

Zazwyczaj straty ciepła określa się za pomocą programów komputerowych lub za pomocą tabel dostarczanych przez producentów przewodów grzewczych.

Ogrzewanie podłogowe

Elektryczne rezystancyjne ogrzewanie podłogowe można wykorzystać jako ogrzewanie podstawowe w poszczególnych pomieszczeniach lub w całych budynkach albo jako ogrzewanie uzupełniające. Ogrzewanie podłogowe daje przyjemne uczucie „ciepłej podłogi” zwłaszcza w łazienkach i stwarza bardzo korzystny rozkład temperatur w pomieszczeniu. Elektryczne ogrzewanie podłogowe jest najbardziej komfortowym rozwiązaniem ogrzewania pomieszczeń, zapewniającym odpowiednią temperaturę powietrza na każdej wysokości. Ciepło emitowane przez powierzchnię podłogi unosi się stopniowo, zapewniając optymalne warunki odpowiadające fizjologii człowieka. Podłogowe systemy grzewcze oprócz wcześniej wymienionych cech ogrzewania elektrycznego umożliwiają swobodną aranżację wnętrz dzięki ukryciu elementów grzejnych w podłodze, zwalniają z jakichkolwiek czynności obsługowych i konserwacyjnych z wyjątkiem ustawienia żądanej temperatury na regulatorze temperatury, są przyjazne dla alergików i zapewniają bezpieczeństwo użytkowania.

Ogrzewanie podłogowe może być realizowane przy użyciu:

• przewodów grzewczych rezystancyjnych zatopionych w wylewce betonowej,
• mat grzewczych instalowanych bezpośrednio w kleju pod terrakotą,
• folii podłogowych instalowanych pod panelami podłogowymi.

Przewody grzewcze przeznaczone do ogrzewania podłogowego produkowane są zazwyczaj w gotowych zestawach na napięcie zasilania 230 V lub 400 V prądu przemiennego i mocach liniowych od 7 W/m do 25 W/m, jednostronnie lub dwustronnie zasilane. Ogrzewanie podłogowe wykonuje się w zasadzie jako bezpośrednie chociaż niekiedy spotyka się ogrzewanie akumulacyjne. W takich przypadkach masa podłogi powinna być znacznie większa niż normalnie, a izolacja cieplna tak wykonana, aby zapewnić jednokierunkowy przepływ ciepła. Jeżeli ogrzewane pomieszczenie i pomieszczenie poniżej należą do tego samego użytkownika to nie jest potrzebna izolacja cieplna chroniąca przed przepływem ciepła do pomieszczenia poniżej i tworzy się wówczas ogrzewanie – podłogowo sufitowe.

Aby uzyskać optymalne warunki cieplne trzeba brać pod uwagę parametry cieplne budynku i lokalne warunki klimatyczne. Zapotrzebowanie na moc wyjściową zależy od charakteru pomieszczeń, współczynnika izolacyjności ścian, stropów i okien i przede wszystkim materiałów wykończeniowych podłóg. Przewody grzewcze instaluje się na siatce montażowej ułożonej na izolacji cieplnej i następnie zalewa się wylewką o grubości około 5 cm.

Podłogi ceramiczne. Najbardziej korzystne z punktu widzenia przewodzenia ciepła są podłogi ceramiczne – z gresu, terrakoty itp. W takim przypadku ogrzewanie może być zrealizowane w dwojaki sposób:

• przez ułożenie przewodu grzewczego o mocy liniowej od 10 W/m do 25 W/m w wylewce betonowej o grubości 4–6 cm. Moc zainstalowana powinna być w granicach 100 W/m2 do 170 W/m2 powierzchni grzewczej. Im moc zainstalowana będzie większa, tym szybciej podłoga uzyska oczekiwaną temperaturę. W łazienkach moc grzewcza przewodów może być nieco większa nawet do 200 W/m2,
• przez ułożenie maty grzewczej w warstwie kleju pod płytkami. Maty grzewcze produkowane są o stałych mocach jednostkowych od 120 W/m² do 170 W/m². W pomieszczeniach mieszkalnych – w pokojach, kuchni, przedpokoju zwykle wystarczająca jest moc maty grzewczej 120 W/m2. W łazienkach, gdzie zapotrzebowanie na ciepło jest większe, zazwyczaj instaluje się maty o mocy do 170 W/m².

Podłogi z paneli. Panele należą do grupy materiałów słabo akumulujących ciepło i z natury zimnych przy dotyku. Charakteryzuje je niska odporność na znaczne i szybkie wahania temperatury. Konieczne są w tym przypadku rozwiązania ogrzewania polegające na powolnym równomiernym podnoszeniu temperatury na powierzchni podłogi. Mata grzewcza nie powinna osiągać wyższej temperatury niż 28°C do 31°C, co zapewnia na powierzchni paneli temperaturę w granicach 22°C do 24°C. Takie temperatury utrzymują tzw. „ciepło dotyku” i powodują lepszy rozkład temperatur w całym pomieszczeniu. Do ogrzewania podłóg panelowych można wykorzystać przewody grzewcze zatopione w warstwie wylewki. Moc zainstalowana przewodów nie powinna przekraczać 100 W/m². Odpowiedni rozkład ciepła zapewnią przewody o mocy liniowej 10 W/m. Przy przewodach grzewczych zainstalowanych w wylewce należy między wylewką i panelami położyć warstwę z pianki amortyzująco-tłumiącej. Zarówno panele, jak i pianka powinny być atestowane do ogrzewania podłogowego. Jeżeli wylewka jest już zrobiona i nie można układać przewodów grzewczych, to pod panelami można zainstalować maty grzewcze aluminiowe o mocy dobranej do ogrzewania podłóg panelowych i wynoszącej zazwyczaj 60 W/m2. Folia aluminiowa zapewnia równomierny rozkład ciepła i bardzo oszczędne zużycie energii elektrycznej.

Podłogi drewniane. Podłogi drewniane mogą być ogrzewane tylko wtedy gdy producent dopuszcza ich montaż na elementach grzewczych. W przypadku podłóg drewnianych ogrzewanie podłogowe nie może być stosowane jako główne źródło ciepła do ogrzewania pomieszczenia ale tylko do ogrzania podłogi w celu uzyskania efektu „ciepłej podłogi”. Moc zainstalowana nie może w tym przypadku być większa niż 60 W/m2 do 80 W/m2. Pod podłogą drewnianą temperatura nie powinna przekraczać 27°C. W przypadku podłóg drewnianych przystosowanych do ogrzewania podłogowego stosuje się zazwyczaj przewody grzewcze o mocy liniowej 10 W/m ułożone na siatce metalowej między legarami. Siatka powinna być zainstalowana 2 do 3 cm nad warstwą izolacji cieplnej.

Sufity i lustra. Do ogrzewania sufitowego wykorzystuje się elektryczne folie grzewcze zamontowane nad płytą kartonowo-gipsową. Folie grzewcze mogą być również wykorzystywane do ogrzewania podłogowego pod panelami laminowanymi i drewnianymi.

W łazience do ochrony luster przed zaparowaniem stosuje się gotowe folie grzewcze samoprzylepne, które umieszcza się na tylnej powierzchni lustra. Folia, np. w czasie kąpieli, chroni lustro przed zaparowaniem. Folię najlepiej włączać wraz z oświetleniem lustra. Pracuje ona bez termostatu.

Systemy przeciwoblodzeniowe

W budownictwie coraz szersze zastosowanie znajdują systemy przeciwoblodzeniowe podjazdów, chodników, tarasów, schodów ramp itp. Poza wymienionymi miejscami, gdzie systemy przeciwoblodzeniowe są najczęściej stosowane, przed oblodzeniem i zaleganiem śniegu można zabezpieczać krawędzie dachów, rynny, rury spustowe, parkingi, chodniki, kładki nad jezdniami, elementy anten satelitarnych, prowadnice bram przesuwnych, rurociągi, zbiorniki urządzenia rolnicze i pomieszczenia hodowlane i wiele, wiele innych miejsc gdzie zalegający śnieg i oblodzenie uniemożliwiają prawidłowe funkcjonowanie i utrzymanie bezpieczeństwa.

Ogrzewanie przeciwoblodzeniowe podjazdów, ramp, chodników – zadaniem ogrzewania przeciwoblodzeniowego jest niedopuszczenie do gromadzenia się śniegu i lodu na chronionych powierzchniach. Systemy ogrzewania przeciwoblodzeniowego składają się z elementów grzewczych wraz z materiałami montażowymi i ze sterowania. Rodzaj i moc elementów grzewczych dobierane są w zależności od ogrzewanego obiektu i technologii wykonania:

gdy element grzewczy układany jest w piaskowej podsypce stosuje się:

• przewód samoregulujący jednostronnie zasilany o mocy zainstalowanej 300 W/m2 do 400 W/m2,
• matę grzewczą jednostronnie zasilaną o mocy 300 W/m2,
• przewód grzewczy stałorezystancyjny dwustronnie zasilany o mocy jednostkowej 25 W/m, moc zainstalowana 250 W/m2 do 400 W/m2,

gdy element grzewczy zalewany jest betonem stosuje się:

• przewód samoregulujący jednostronnie zasilany o mocy zainstalowanej 300 W/m2 do 400 W/m2,
• matę grzewczą jednostronnie zasilaną o mocy 300 W/m2,
• przewód grzewczy stałorezystancyjny dwustronnie zasilany o mocy jednostkowej około 25 W/m, moc zainstalowana 250 W/m2 do 400 W/m2.

Ogrzewanie przeciwoblodzeniowe tarasów i schodów, gdy element grzewczy układany jest w kleju pod płytkami:

• przewód samoregulujący jednostronnie zasilany o mocy zainstalowanej 300 W/m2 do 400 W/m2,
• mata grzewcza jednostronnie zasilana o mocy 300 W/m2,
• przewód grzewczy stałorezystancyjny dwustronnie lub jednostronnie zasilany o mocy jednostkowej 18 W/m do 25 W/m, moc zainstalowana 250 W/m² do 400 W/m².

Ogrzewanie przeciwoblodzeniowe rynien i rur spustowych. W celu zapewnienia swobodnego odpływu śniegu, lodu i wody z rynien i rur spustowych zaleca się instalowanie samoregulujących przewodów grzewczych o mocy jednostkowej 18 W/m w suchej rynnie i 36 W/m w wodzie i lodzie. Przewód grzewczy w powłoce odpornej na promieniowanie UV układa się luźno w rynnach i rurach spustowych zarówno metalowych, jak i z tworzyw sztucznych. Luźno ułożone przewody nie utrudniają usuwania liści i innych zanieczyszczeń. Sterowanie elementami grzejnymi w rynnach i rurach spustowych wykonuje się podobnie jak innych systemów przeciwzamrożeniowych.

Ochrona rur przed zamarzaniem. Aby uniknąć problemów związanych z zamarzaniem rur wodociągowych i kanalizacyjnych, stosuje się ogrzewanie tych rur przewodami grzewczymi samoregulującymi z ekranami ochronnymi. Przewody montowane są pod izolacją cieplną bezpośrednio na rurze. Do tego celu dostępne są przewody o mocy liniowej od 10 W/m do 50 W/m. Właściwości samoregulacji mocy grzewczej przewodów zapewniają bezpieczeństwo użytkowania zarówno rurociągów metalowych, jak i z tworzyw sztucznych.

Sterowanie i regulacja

W elektrycznych systemach grzewczych przewodowych rozróżnia się typy sterowania (regulacji):

• grupowe względem temperatury otoczenia – polegające na samoczynnym załączaniu systemu grzewczego przy temperaturze otoczenia niższej od temperatury granicznej nastawionej na regulatorze zewnętrznym, np. 5°C przy ochronie przed zamarzaniem,
• pogodowe względem temperatury otoczenia i wilgotności – polegające na samoczynnym załączaniu systemu grzewczego przy temperaturze otoczenia niższej od temperatury granicznej nastawionej na regulatorze zewnętrznym, np. 5°C przy ochronie przed zamarzaniem, ale tylko przy wystąpieniu określonej wilgotności powietrza i możliwości oblodzenia. W takich przypadkach, np. przy ogrzewaniu rynien, dachów lub podjazdów, stosuje się termostat pogodowy,
• PASC – proporcjonalne względem temperatury otoczenia. Jest to rodzaj sterowania polegający na utrzymaniu zadanej temperatury, np. 30°C względem zmieniającej się temperatury otoczenia. Algorytm ten po raz pierwszy był wprowadzony przez amerykańską firmę Raychem i charakteryzuje się znacznymi oszczędnościami energii,
• termostatyczne wg temperatury rurociągu lub zbiornika – polega na załączaniu i rozłączaniu systemu grzewczego przez regulator z nastawioną określoną temperaturą, którego czujnik umieszczony jest w rurociągu lub w zbiorniku,
• proporcjonalne – polegające na utrzymaniu zadanej temperatury przez regulator proporcjonalny z czujnikiem umieszczonym w rurociągu lub zbiorniku. W zależności od różnicy temperatur mierzonej i zadanej określany jest czas załączania i wyłączania systemu grzewczego. Jest to najbardziej ekonomiczny system sterowania i regulacji,
• samoregulacji – przewodów grzejnych tak dobranych, że nie wymagają regulacji zewnętrznej.

Regulatory temperatury

Zadaniem regulatorów temperatury współpracujących z elementami grzewczymi i z zabezpieczeniami nadprądowymi obwodów zasilających jest zapewnienie bezpieczeństwa użytkowników, zabezpieczenie przed przegrzaniem i zapewnienie komfortu cieplnego przez stałe utrzymywanie nastawionej temperatury. Regulacja i sterowanie są również podstawowymi warunkami obniżenia kosztów eksploatacji systemów grzewczych.

W bogatej ofercie rynkowej można wyróżnić następujące rodzaje regulatorów temperatury:

• regulatory elektromechaniczne – stosowane głównie w pomieszczeniach, w których nie jest wymagana precyzyjna regulacja temperatury. Bezwładność tego rodzaju regulatorów zazwyczaj nie przekracza 5°C. Regulatory wyposażone w akceleratory termiczne mają zwiększoną dokładność pomiaru do 0,5°C. Regulatory te wyposażone są tylko w czujniki powietrzne, przeznaczone są do montażu natynkowego.
• regulatory elektroniczne, ich zaletą jest duża dokładność regulacji temperatury (0,3 do 0,1°C). Wyposażone mogą być w czujnik powietrzny, czujniki podłogowy lub powietrzny i podłogowy, co zabezpiecza podłogę przed przegrzaniem. Instalowane mogą być na tynku lub pod tynkiem. Ich obciążalność wynosi 3600 W. Mogą współpracować z zegarem sterującym.
• regulatory programowalne – mają zalety regulatorów elektronicznych i inteligentnych układów sterujących. Mogą mieć programowaną temperaturę w cyklu dobowym lub tygodniowym. Na wyświetlaczu LCD mogą być odczytywane wszystkie ważniejsze parametry. Mogą współpracować z zegarem sterującym. Obciążalność do 3600 W. Mogą być instalowane na tynku i pod tynkiem.
• regulatory na szynę DIN – są to regulatory temperatury z regulowaną histerezą, współpracujące z detektorami wilgoci. Ich zastosowanie jest bardzo szerokie – od kontroli temperatury w budynkach mieszkalnych, układów chroniących przed lodem i śniegiem (rynny, rury spustowe, zawory, podjazdy, bramy, schody) do systemów grzewczych instalacji technologicznych.

Inteligentne sterowniki

Do sterowania domowymi systemami ogrzewania elektrycznego w bardzo wymagających aplikacjach przewidziane są inteligentne sterowniki. Sterownik tego rodzaju instalowany jest w centralnym punkcie budynku i steruje wszystkimi systemami ogrzewania elektrycznego na podstawie porównania zebranych danych z czujników i wartości zadanych, odpowiadających preferencjom użytkowników.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!