Michał Świerżewski Elektryczne ogrzewanie przewodowe rezystancyjne 1. Wstęp Urządzenia elektrotermiczne zamieniają energię elektryczną na ciepło według różnych zasad ich działania. Do najbardziej rozpowszechnionych można zaliczyć urządzenia rezystancyjne, indukcyjne, pojemnościowe i promiennikowe. Wszystkie one charakteryzują się wieloma cechami, które korzystnie je wyróżniają na tle innych urządzeń grzewczych m.in.: brakiem produktów spalania, możliwością budowy urządzeń o ściśle określonej mocy, łatwością regulacji i sterowania, dużą sprawnością przemiany, bezpieczeństwem eksploatacji, swobodą projektowania kształtów i zastosowań. Systemy ogrzewania przewodowego rezystancyjnego dodatkowo wyróżniają: niskie koszty inwestycyjne, stosunkowo niskie koszty eksploatacji, wysoki komfort cieplny, brak czynności konserwacyjnych. Ogrzewanie przewodowe rezystancyjne może być powszechnie stosowane zarówno w obiektach nowo wznoszonych, jak i w obiektach remontowanych czy modernizowanych, w obiektach przemysłowych, w instalacjach technologicznych, w budynkach mieszkalnych i użyteczności publicznej. Wraz ze wzrostem częstości stosowania ogrzewania przewodowego wzrastają wymagania stawiane układom sterowania i kontroli oraz bezpieczeństwu eksploatacji. W przemyśle ogrzewanie elektryczne rezystancyjne przewodowe stosuje się zwłaszcza do ogrzewania rurociągów technologicznych, zaworów, zasuw, zbiorników itp. zainstalowanych na zewnątrz budynków w celu: utrzymania temperatur procesowych i ochrony przed zamarzaniem, nazywane również kompensacją strat ciepła, ogrzewania mediów. W budownictwie ogrzewanie przewodowe rezystancyjne stosowane jest zwłaszcza do ogrzewania: pomieszczeń w postaci ogrzewania podłogowego, podjazdów i chodników, schodów i tarasów, 60
dachów, rynien i rur spustowych, rurociągów, bram. 2. Materiały do ogrzewania przewodowego Elektryczne rezystancyjne ogrzewanie przewodowe realizowane jest za pomocą: przewodów grzejnych stałorezystancyjnych, przewodów strefowych (sektorowych), przewodów samoregulujących, mat, folii i taśm grzewczych. Przewody grzejne są zazwyczaj produkowane w dwóch wykonaniach z przeznaczeniem do stosowania w przestrzeniach poza strefami zagrożonymi wybuchem i w wykonaniu przeciwwybuchowym z przeznaczeniem do instalowania w strefach zagrożonych wybuchem m.in. w zakładach produkujących masy bitumiczne, w rafineriach, w zakładach petrochemicznych, w zakładach farmaceutycznych, w magazynach gazów technicznych paliw płynnych. Stałorezystancyjne przewody grzejne przeznaczone są do ogrzewania rurociągów, zbiorników i innych urządzeń technologicznych. Wykonywane są jako jedno- lub dwużyłowe (szeregowe lub równoległe) (rys. 1). Rys. 1. Przewód grzejny stałorezystancyjny jednożyłowy (szeregowy) i dwużyłowy (równoległy) Przewody jednożyłowe są zasilane dwustronnie (na obydwu końcach), zaś przewody dwużyłowe są przeznaczone do zasilania jednostronnego. Stosowanie przewodów stałorezystancyjnych jest rozwiązaniem bardzo ekonomicznym, bowiem działają one na zasadzie czysto rezystancyjnej i ich temperatura może być regulowana w szerokim zakresie przez zmiany napięcia zasilającego. Ponadto przy obniżonym napięciu mogą być stosowane do ogrzewania rurociągów o niewielkich długościach. Oferowane są dwa rodzaje przewodów stałorezystancyjnych: w izolacji z tworzywa i w izolacji mineralnej. Zazwyczaj stosowane tworzywa politetrafluoroetylenowe (PTFE) o nazwie handlowej teflon lub fluoroetylenopropylen (FEP), albo inne z rodziny fluoropropylenów powodują, że przewody zyskują jednocześnie odporność na wpływy środowiskowe (na czynniki chemiczne) i na temperaturę (rys. 2). Mogą one być stosowane w temperaturach o charakterze ciągłym do 260 C i okresowo do 300 C. Tego rodzaju przewody nie mogą być krzyżowane. Do utrzymania wymaganej temperatury muszą być instalowane termostaty lub regulatory temperatury. Nr 161 61
Rys. 2. Konstrukcja przewodu grzejnego stałorezystancyinego w izolacji polimerowej Przewody stałorezystancyjne w izolacji mineralnej z powłokami zewnętrznymi m.in. z miedzi, miedzioniklu, stali kwasoodpornej lub z innych stopów (rys. 3) mogą pracować w temperaturze powłoki do 650 C. Rys. 3. Konstrukcja przewodu grzejnego stałorezystancyjnego w izolacji mineralnej Przewód składa się z żyły grzejnej z miedzi lub z jej stopu, z izolacji z tlenku magnezu i z płaszcza zewnętrznego. Są one wykonywane fabrycznie w odcinkach o określonej długości wraz z zaciskami przyłączeniowymi. Charakteryzują się niską rezystancją wymaganą przy ogrzewaniu długich rurociągów i dużych zbiorników w przemysłach chemicznym, petrochemicznym, rafineryjnym, energetycznym i innych. Zaletami przewodów stałorezystancyjnych w izolacji mineralnej są: wysoka moc grzejna (nawet do 460 W/m), odporność korozyjna i mechaniczna oraz odporność ogniowa. Znaczna moc i wysoka temperatura pracy umożliwiają stosowanie przewodów w izolacji mineralnej do ogrzewania zbiorników zawierających masy gęstopłynne. Do utrzymania wymaganych temperatur konieczne jest stosowanie termostatów lub regulatorów temperatury. Przewody raz ułożone nie powinny być demontowane w trakcie eksploatacji. 62
W czasie projektowania instalacji grzewczych określa się moc zainstalowaną na metr kwadratowy powierzchni grzejnej przez dobór ich mocy jednostkowej oraz przez zmianę odległości między przewodami. Przewodów stałorezystancyjnych nie można ciąć. Sektorowe (równoległe) przewody grzejne wykonywane są w izolacji z politetrafluoroetylenu (PTFE) z fluoroetylenopropylenu (FEP) lub z silikonu. Konstrukcja przewodu jest równoległa strefowa. Element grzejny w postaci drutu chromoniklowego nawinięty jest na materiale izolacyjnym wokół dwóch żył przewodzących zasilających (rys. 4) i jego schemat elektryczny (rys. 5). Rys. 4. Konstrukcja przewodu sektorowego Rys. 5. Schemat elektryczny przewodu sektorowego Nr 161 63
Sekcje grzejne tworzą odstępy pomiędzy punktami połączenia elementu grzejnego z żyłami zasilającymi. Długość sekcji grzejnych uzależniona jest od ich mocy jednostkowej i napięcia zasilającego. Dzięki takiej budowie zapewniona jest stała moc grzejna poszczególnych sekcji bez względu na długość przewodu grzejnego oraz uzyskanie tzw. zimnych końców po jego przecięciu. Element grzejny pokryty jest warstwą izolacji zewnętrznej oraz ekranem z ocynkowanej siatki miedzianej. Oplot pełni rolę przewodu ochronnego oraz poprawia odporność mechaniczną przewodu grzejnego. Zewnętrzny płaszcz z tworzywa fluoropolimerowego chroni oplot przed działaniem związków chemicznych. Równoległa budowa przewodu umożliwia jego cięcie na określoną długość, zaś okrągły kształt pozwala na zginanie go w dowolnym kierunku. Przewody grzejne sektorowe charakteryzuje średni pobór prądu i stała moc. Oferowane są wersje przewodów grzejnych sektorowych o różnych mocach jednostkowych, zazwyczaj: 10 W/m, 20 W/m lub 30 W/m o napięciu znamionowym 230 V lub 400 V. Przewody grzejne sektorowe przeznaczone są głównie do przemysłowych systemów grzewczych do ogrzewania kompensującego zwłaszcza rurociągów i zbiorników, gdy wymagane jest utrzymywanie temperatur w granicach 150 C przy pracy ciągłej i okresowo nawet do 260 C. Do regulacji ich temperatury stosowane są termostaty lub regulatory. Równoległe przewody grzejne o stałej mocy (rys. 6) przeznaczone są do ogrzewania rurociągów i armatury przemysłowej. Mogą być stosowane do ochrony przed zamarzaniem lub do utrzymania temperatur procesowych wymagających dużych mocy grzewczych i narażonych na działanie wysokich temperatur. Rys. 6. Konstrukcja przewodu grzejnego o stałej mocy Mogą utrzymywać wysokie temperatury procesowe do 200 C i wytrzymują wysokie temperatury oddziaływania do 260 C przy wyłączonym zasilaniu. Są to przewody równoległe strefowe, w których element rezystancyjny o specjalnej konstrukcji nawinięty jest wokół dwóch żył przewodzących (zasilających). Strefy grzejne tworzą odstępy między punktami połączenia elementu grzejnego z żyłami zasilającymi. Cechą charakterystyczną tych przewodów, upodobniającą je do przewodów samoregulujących, jest zmieniająca się liniowo moc w funkcji tempe- 64
ratury. Liniowa i jednocześnie dość płaska charakterystyka mocy tych przewodów zapewnia niewielki prąd rozruchowy i znaczną moc przy wyższych temperaturach. Do regulacji temperatury tego rodzaju przewodów nie jest wymagane stosowanie termostatów lub regulatorów. Wysokotemperaturowe przewody ograniczające moc są przeznaczone do ogrzewania rurociągów i armatury przemysłowej, do ich ochrony przed zamarzaniem i do utrzymania temperatur procesowych do 230 C, wymagających dużych mocy grzewczych (rys. 7). Rys. 7. Konstrukcja wysokotemperaturowych przewodów grzejnych ograniczających moc Mogą być również używane do ogrzewania rurociągów płukanych parą o temperaturze do 250 C. Przewody ograniczające moc to przewody równoległe, w których rezystancyjny element grzejny nawinięty jest wokół dwóch żył przewodzących. Odcinek między punktami połączenia elementu grzejnego z żyłami zasilającymi tworzy strefę grzewczą. Równoległa konstrukcja umożliwia cięcie przewodu na odcinki o odpowiednich długościach oraz montaż zakończeń na miejscu budowy. Moc grzejna przewodu maleje wraz ze wzrostem temperatury. Stosunkowo płaska charakterystyka mocy w zależności od temperatury zapewnia niewielki prąd rozruchowy i znaczną moc przy wyższych temperaturach. Samoregulujące (samoograniczające) przewody grzejne przeznaczone są do stosowania w w systemach grzewczych instalacji technologicznych nie płukanych parą, w których wymagane jest utrzymywanie temperatur procesowych nie przekraczających 110 C (rys. 8). Mogą być również stosowane do ochrony przed zamarzaniem rurociągów o dużych średnicach. Zbudowane są one z dwóch żył miedzianych o przekrojach od 0,5 mm 2 do około 2,5 mm 2 zatopionych w materiale polimerowym o rezystancji zmieniającej się w zależności od temperatury otaczającego środowiska. Rezystancja, a zatem i wydzielona przez przewód moc grzejna jest odwrotnie proporcjonalna do temperatury. Oznacza to, że: 1) gdy temperatura w bezpośrednim otoczeniu samoregulującego przewodu grzejnego jest niska, to jego moc grzewcza zwiększa się; polimerowe łańcuchy rdzenia przewodu kurczą się, powodując powstanie wielu równoległych ścieżek prądowych między wbudowanymi cząsteczkami węgla, Nr 161 65
2) gdy w bezpośrednim otoczeniu samoregulującego przewodu grzejnego temperatura jest umiarkowana, to zmniejsza się jego moc grzewcza; polimerowe łańcuchy rdzenia przewodu rozszerzają się, zmniejszając tym samym liczbę przejść elektrycznych, co powoduje zmniejszenie mocy grzewczej, 3) gdy w bezpośrednim otoczeniu przewodu samoregulującego temperatura jest wysoka, to jego moc grzewcza zmniejsza się praktycznie do zera; maksymalne rozszerzenie się łańcuchów polimerowych powoduje przerwanie niemal wszystkich ścieżek prądowych w rdzeniu przewodu. Rys. 8. Konstrukcja samoregulującego przewodu grzejnego z elementem grzejnym polimerowym Przewody samoregulujące wykonywane są również w postaci samoregulujących przewodzących włókien grzejnych nawiniętych na dwóch równoległych przewodach miedzianych oddzielonych przekładką izolacyjną (rys. 9). Rys. 9. Konstrukcja przewodu grzejnego z samoregulującymi włóknami grzejnymi Mechanizm samoregulacji temperatury jest podobny do przewodów z przewodami zasilającymi zatopionymi w materiale polimerowym. Przewody te przeznaczone są do ogrzewania instalacji procesowych do 120 C płukanych parą. Przewody samoregulujące mogą być cięte na odcinki o dowolnej długości lub przedłużane, co znacznie ułatwia ich montaż i wykorzystanie. Do zalet przewodów samoregulujących należą: 66
brak ryzyka przegrzewania, brak ryzyka uszkodzenia ogrzewanej powierzchni, możliwość instalowania na podłożu z tworzyw sztucznych, możliwość cięcia na kawałki o dowolnej długości, możliwość układania na dowolnym podłożu, brak konieczności zewnętrznej regulacji temperatury, brak konieczności konserwacji. Moc grzejna przewodów samoregulujących wyrażana jest w W/m. Do regulacji temperatury nie jest zazwyczaj wymagane stosowanie termostatów lub regulatorów. Odmianą przewodów samoograniczających jest wykonanie w postaci taśm. Są one przeznaczone głównie do ogrzewania rurociągów i zbiorników z mediami o wysokich temperaturach. Wyróżnia się dwa wykonania niskotemperaturowe i wysokotemperaturowe w zależności od temperatury powierzchni ogrzewanego obiektu rurociągu lub zbiornika. Przewody niskotemperaturowe w powłoce zewnętrznej z poliolefin lub fluoropolimerów ułożonej na miedzianym ekranie wytrzymują pod napięciem temperatury podłoża do 65 C i w stanie beznapięciowym do 85 C. 4. Maty, folie, taśmy grzewcze Obok przewodów grzejnych 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 grzejnych 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/m 2, zaś całkowitą moc maty w watach. Najczęściej występują maty o mocy jednostkowej 100 W/ m 2 i 160 W/m 2 oraz 300 W/m 2. Mat grzewczych nie można ciąć, skracać ani zwężać. Można przecinać tylko siatkę mocującą przewody grzejne, zwracając uwagę, aby ich nie uszkodzić. W czasie montażu maty nie należy naciągać i naprężać, powinna być luźno układana na wcześniej przygotowanym podłożu. Maty nie powinny być układane na dylatacjach i w miejscach, na których przewidziano stałą zabudowę, np. wanny, wc, czy szafek bez nóżek. Do ogrzewania dachów w celu uniknięcia zalegania grubej warstwy śniegu stosuje się maty grzewcze w wykonaniu wzmocnionym z podwójnym ekranem Nr 161 67
ochronnym i specjalną siatką. Konstrukcja maty pozwala na jej wielokrotne zwijanie i rozwijanie, np. przed i po sezonie zimowym. Podobne zastosowanie jak maty grzewcze 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 grzejnym jest grafit. W handlu znajdują się folie grzewcze: o różnych mocach i wymiarach, np. o mocy 60 W/m 2, 80 W/m 2, 120 W/m 2 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 grzewczej jest możliwość 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, np. zrobienie dziury, zwykle nie wpływają one na działanie grzewcze folii. Są one przyjazne środowisku, gdyż nie zawierają metali ciężkich i związków halogenowych. 5. 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. 68
Rys. 10. Elektryczne ogrzewanie podłogowe źródło: www.eltom-ogrzewanie.pl Ogrzewanie podłogowe może być realizowane przy użyciu: przewodów grzejnych rezystancyjnych zatopionych w wylewce betonowej, mat grzejnych instalowanych bezpośrednio w kleju pod terakotą, folii podłogowych instalowanych pod panelami podłogowymi. Przewody grzejne 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 grzejne 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, terakoty itp. W tym przypadku ogrzewanie może być zrealizowane w dwojaki sposób: przez ułożenie przewodu grzejnego 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/m 2 do 170 W/m 2 powierzchni grzewczej. Im moc zainstalowana Nr 161 69
będzie większa, tym szybciej podłoga uzyska oczekiwaną temperaturę. W łazienkach moc grzewcza przewodów może być nieco większa nawet do 200 W/m 2, przez ułożenie maty grzewczej w warstwie kleju pod płytkami. Maty grzejne produkowane są o stałych mocach jednostkowych od 120 W/m 2 do 170 W/m 2. W pomieszczeniach mieszkalnych w pokojach, kuchni, przedpokoju zwykle wystarczająca jest moc maty grzejnej 120 W/m 2. W łazienkach, gdzie zapotrzebowanie na ciepło jest większe, zazwyczaj instaluje się maty o mocy do 170 W/m 2. 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 grzejna 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 zapewniają tzw. ciepło dotyku i powodują lepszy rozkład temperatur w całym pomieszczeniu. Do ogrzewania podłóg panelowych można wykorzystać przewody grzejne zatopione w warstwie wylewki. Moc zainstalowana przewodów grzejnych nie powinna przekraczać 100 W/m 2. Odpowiedni rozkład ciepła zapewnią przewody o mocy liniowej 10 W/m. Przy przewodach grzejnych 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 grzejnych, to pod panelami można zainstalować maty grzejne aluminiowe o mocy dobranej do ogrzewania podłóg panelowych i wynoszącej zazwyczaj 60 W/m 2. Folia aluminiowa zapewnia równomierny rozkład ciepła i bardzo oszczędne zużycie energii elektrycznej. Do ogrzewania podłóg panelowych mogą być również wykorzystywane folie grzejne zamontowane bezpośrednio pod panelami. Podłogi drewniane. Podłogi drewniane mogą być ogrzewane tylko wtedy, gdy producent dopuszcza jej montaż na ogrzewaniu podłogowym. W przypadku podłogi drewnianej 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/m 2 do 80 W/m 2. Pod podłogą drewnianą temperatura nie powinna przekraczać 27 C. W przypadku podłóg drewnianych przystosowanych do ogrzewania podłogowego stosuje się zazwyczaj przewody grzejne 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 70
Nr 161 Elektryczne ogrzewanie również wykorzystywane do ogrzewania podłogowego pod panelami laminowanymi i drewnianymi. W łazience do ochrony luster przed zaparowaniem stosuje się gotowe folie grzejne 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. Garaże i piwnice. W garażach i w piwnicach zainstalowana moc grzejna powinna wynosić od 80 W/m 2 do 100 W/m 2. 6. 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 grzejnych wraz z materiałami montażowymi i ze sterowania. Rodzaj i moc elementów grzejnych dobierane są w zależności od ogrzewanego obiektu i technologii wykonania: gdy element grzejny układany jest w piaskowej podsypce, stosuje się: przewód samoregulujący jednostronnie zasilany o mocy zainstalowanej 300 W/m 2 do 400 W/m 2, matę grzejną jednostronnie zasilaną o mocy 300 W/m 2, przewód grzejny stałorezystancyjny dwustronnie zasilany o mocy jednostkowej 25 W/m, moc zainstalowana 250 W/m 2 do 400 W/m 2, gdy element grzejny zalewany jest betonem, stosuje się: przewód samoregulujący jednostronnie zasilany o mocy zainstalowanej 300 W/m 2 do 400 W/m 2, matę grzejną jednostronnie zasilaną o mocy 300 W/m 2, przewód grzejny stałorezystancyjny dwustronnie zasilany o mocy jednostkowej około 25 W/m, moc zainstalowana 250 W/m 2 do 400 W/m 2. Ogrzewanie przeciwoblodzeniowe tarasów i schodów, gdy element grzejny układany jest w kleju pod płytkami: przewód samoregulujący jednostronnie zasilany o mocy zainstalowanej 300 W/m 2 do 400 W/m 2, mata grzejna jednostronnie zasilana o mocy 300 W/m 2, przewód grzejny stało rezystancyjny dwustronnie lub jednostronnie zasilany o mocy jednostkowej 18 W/m do 25 W/m, moc zainstalowana 250 W/m 2 do 400 W/m 2. 71
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 grzejnych o mocy jednostkowej 18 W/m w suchej rynnie i 36 W/m w wodzie i lodzie. Przewód grzejny w powłoce odpornej na promieniowanie UV układa się luźno w rynnach i rurach spustowych zarówno metalowych, jak i plastykowych. Luźno ułożone przewody nie utrudniają oczyszczania 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 grzejnymi samoregulującymi z ekranami ochronnymi. Przewody montowane są pod izolacją cieplną bezpośrednio na rurze. Do tego celu dostępne są przewody o mocy jednostkowej od 10 do 50 W/m. Właściwości samoregulacji mocy grzejnej przewodów zapewniają bezpieczeństwo użytkowania zarówno rurociągów metalowych, jak i z tworzyw sztucznych. Na rysunku pokazane są przykłady różnych sposobów ogrzewania rurociągów. 7. Ogrzewanie elektryczne boisk piłkarskich Ogrzewanie elektryczne boisk piłkarskich umożliwia przedłużenie okresu korzystania z boiska i jego eksploatację poza typowym okresem użytkowania. Ogrzewanie płyty boiska umożliwia przygotowanie jego powierzchni do stanu pozwalającego na rozgrywki piłkarskie w okresie niesprzyjających warunków atmo- -sferycznych, np. opadów deszczu lub śniegu. Ogrzewanie elektryczne płyty boiska można stosować zarówno w przypadku nawierzchni z trawy naturalnej, jak i sztucznej. Do ogrzewania boisk piłkarskich stosuje się specjalne przewody grzewcze wraz z automatyczną regulacją temperatury i sterowaniem. System elektrycznego ogrzewania boiska można instalować pod istniejącą nawierzchnią trawiastą przy użyciu lekkiego sprzętu mechanicznego, pozwalającego na uniknięcie uszkodzeń nawierzchni lub w czasie modernizacji płyty pod naturalną i sztuczną nawierzchnią. W czasie budowy nowej płyty lub modernizacji istniejącej przewody grzejne układa się równomiernie na całej powierzchni w warstwie podbudowy płyty na głębokości od 15 cm do 25 cm. Zazwyczaj płytę boiska dzieli się na strefy grzewcze z możliwością ich indywidualnego ogrzewania. Właściwe działanie systemu umożliwiają sterowniki mikroprocesorowe współpracujące z czujnikami w oparciu o pomiary temperatury w strefie korzeniowej oraz temperatury i wilgotności nawierzchni. System grzewczy działa w pełni automatycznie w zależności od danych uzyskanych z czujników, nie dopuszczając do przemarzania gruntu i zalegania śniegu. Chroni również warstwę korzeniową trawy przed przegrzaniem i udrażnia system odwadniania boiska. 72
8. Ogrzewanie elektryczne basenów przenośnych Elektryczne ogrzewanie Baseny przenośne ustawiane w ogrodzie lub w innym miejscu użytkowania mogą być, w celu zwiększenia komfortu kąpieli zwłaszcza dzieci i przedłużenia sezonu, ogrzewane elektrycznie. Ogrzewanie basenu polega na utrzymaniu stałej temperatury jego podłoża przez umieszczone w piasku przewody grzejne. Regulator temperatury z czujnikiem powoduje utrzymanie stałej temperatury podłoża w zależności od temperatury zewnętrznej i pośrednie ogrzewanie wody w basenie. 9. 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 według 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. 10. Regulatory temperatury Zadaniem regulatorów temperatury współpracujących z elementami grzejnymi i z zabezpieczeniami nadprądowymi obwodów zasilających jest zapewnienie bezpieczeństwa użytkowników, zabezpieczenie przed przegrzaniem i zapewnienie Nr 161 73
komfortu cieplnego przez stałe utrzymywanie nastawionej temperatury. Regulacja i sterowanie są również podstawowymi warunkami obniżenia kosztów eksploatacji systemów grzejnych. 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, czujnik podłogowy lub oba na raz, 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. 11. 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. 12. Obliczenia zapotrzebowania mocy grzejnej do rurociągów i zbiorników Aby dokonać właściwego doboru przewodów grzejnych, należy określić stratę ciepła. Strata ciepła będzie później skompensowana mocą przewodów grzejnych. Przy obliczaniu strat ciepła trzeba brać pod uwagę następujące wielkości: długość rurociągu, liczbę armatury, podpór itp., zewnętrzną średnicę rury, współczynnik przewodności cieplnej izolacji termicznej, 74
minimalną temperaturę otoczenia, temperaturę utrzymania medium. Biorąc pod uwagę kompensację strat ciepła rurociągów mocą grzejną przewodów oblicza się moc jednostkową potrzebną do skompensowania strat ciepła wg wzoru: 2π ( tu ta ) Eλ P (1) j = d 2 ln d1 gdzie: P j moc jednostkowa potrzebna do skompensowania strat ciepła [W/m], t u temperatura utrzymania mediów [ C], t a minimalna temperatura otoczenia [ C], d 2 średnica zewnętrzna rurociągu z izolacją [mm], d 1 średnica zewnętrzna rurociągu [mm], λ współczynnik przewodności cieplnej izolacji [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: A( tu ta ) Eλ P = (2) d gdzie: P moc całkowita potrzebna do skompensowania strat ciepła [W], t u temperatura utrzymania mediów [ C], t a minimalna temperatura otoczenia [ C], λ współczynnik przewodności cieplnej izolacji [W/mK], d zalecana grubość izolacji [mm], A powierzchnia zbiornika [m 2 ], 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 grzejnych. Opracowano na podstawie materiałów firmowych Nr 161 75