Projektujemy ogrzewanie na mrozy sprzed 40 lat! Jak zrobić to lepiej?

Tymczasem większość systemów ogrzewania w Polsce wciąż dobiera się na podstawie danych klimatycznych sprzed czterech dekad, co prowadzi do kosztownego przewymiarowania urządzeń. Odpowiedzią na to zjawisko jest kompleksowy system ogrzewania grafitowego HexR, który łączy innowacyjną generację ciepła, kierunkową dystrybucję oraz adaptacyjne sterowanie dopasowujące moc grzewczą do rzeczywistych potrzeb budynku.

Ogrzewanie pomieszczeń oraz przygotowanie ciepłej wody użytkowej pochłaniają nawet 80% całkowitej energii zużywanej w domach. Z punktu widzenia fizyki, każdy budynek stanowi otwarty układ termodynamiczny, który nieustannie traci energię przez przegrody zewnętrzne (ściany, dach, okna) oraz wentylację. Aby utrzymać zadaną temperaturę bez marnowania energii, system grzewczy nie może działać z przypadkowym naddatkiem mocy – musi ciągle i precyzyjnie dostarczać do poszczególnych stref dokładnie tyle ciepła, ile w danej chwili ucieka z budynku.

Strefy klimatyczne a realne straty ciepła

Podstawą doboru mocy grzejników oraz źródeł ciepła w polskim budownictwie jest obliczanie projektowego obciążenia cieplnego budynku zgodnie z normą PN-EN 12831. Procedura ta określa, jakiej mocy szczytowej potrzebuje dom w czasie największych mrozów, aby utrzymać w pokojach 20°C (24°C w łazienkach). W tym celu Polska została podzielona na pięć stref klimatycznych o przypisanych projektowych temperaturach zewnętrznych: od -16°C w Strefie I (pas nadmorski, np. Gdańsk, Szczecin, Łeba), przez -18°C w Strefie II (Poznań, Zielona Góra), -20°C w Strefie III (Warszawa, Łódź), -22°C w Strefie IV (Siedlce), aż po -24°C w Strefie V (Suwałki, Zakopane).

Problem polega na tym, że obowiązująca w załączniku krajowym do normy PN-EN 12831 mapa stref klimatycznych została przejęta wprost z dawnej normy PN-82/B-02403, a więc opiera się na pomiarach meteorologicznych zgromadzonych przed 1982 rokiem. Współczesne analizy klimatyczne (m.in. projekty badawcze SKP2000 i TLM2000) dowodzą, że w wyniku ocieplenia klimatu rzeczywiste zimowe temperatury obliczeniowe w Polsce są dziś średnio aż o 27% wyższe. Oznacza to, że bazując wyłącznie na historycznych tabelach normowych, już na starcie zawyżamy wymaganą moc obliczeniową systemu grzewczego średnio o około 13% w skali całego kraju.

Pułapka przewymiarowania

Zaniżona temperatura zewnętrzna to tylko jeden z kilku „bezpieczników” wbudowanych w obliczenia. Norma nie uwzględnia uzysków ciepła generowanego przez domowników, sprzętu AGD i słońca. Zakłada, że sąsiednie mieszkania są chłodniejsze, dolicza mostki cieplne w uproszczony sposób i pozwala dodać nadwyżkę mocy na szybkie nagrzanie domu po nocnym obniżeniu temperatury. Do tego projektant zwykle zaokrągla wynik do większego grzejnika z katalogu.

Każde z tych założeń osobno ma sens. Razem dają jednak instalację wyraźnie „większą”, niż realne zapotrzebowanie budynku.

Ile kosztuje przewymiarowanie?

Za nadmiar mocy systemu płacimy dwa razy: przy zakupie i w trakcie eksploatacji. Większe grzejniki, większe źródło ciepła i armatura, to wyższa cena na starcie. Przewymiarowane urządzenie grzewcze często się włącza i wyłącza, a taka jego praca obniża sprawność i przyspiesza zużycie. W symulacjach brytyjskich naukowców, kocioł ponad trzykrotnie większy od potrzeb tracił 6 ÷ 9 % sprawności.

Rzeczywiste zapotrzebowanie domu zmienia się przy tym z godziny na godzinę. Przez dominującą większość sezonu grzewczego na zewnątrz jest kilka stopni powyżej zera, a nie −20 °C. Instalacja zaprojektowana na najgorszy scenariusz przez większość czasu po prostu nie pasuje do tego, co dzieje się w budynku. Dlatego w nowoczesnych instalacjach coraz większe znaczenie ma nie tyle sama moc, ile umiejętność jej precyzyjnego dopasowania do bieżących potrzeb każdego pomieszczenia oraz efektywne sterowanie.

Duży „mocowo” system, to również system skomplikowany, w którym rolę czynnika dystrybuującego ciepło przejmuje – z uwagi na dużą pojemność cieplną – woda. To z kolei powoduje spory koszt wejściowy inwestycji i jego równie kosztowne utrzymanie. Coraz większym problemem tego rynku, staje się również brak wykwalifikowanych fachowców i ich dostępność w okresach grzewczych lub bezpośrednio przed nim. A na dodatek hydrauliczne systemy grzewcze, nie są tak efektywnie sterowalne, jak elektryczne i nie posiadają regulacji strefowej (np. cieplejsza łazienka, a chłodniejsza sypialnia lub tzw. obniżenia nocnego).

Ciepło tam gdzie jest potrzebne – system HexR

Odpowiedzią na te problemy jest podejście, w którym ogrzewanie działa strefowo i reaguje na rzeczywiste straty ciepła w każdym pomieszczeniu. Taką strategię realizuje system grzewczy HexR, rozwijany przez grupę FORMASTER S.A. To kompletne rozwiązanie, jest zupełnie nowym podejściem do kwestii grzewczych budynków, w którym elektryczny element grzejny, obudowa, sterowanie i automatyka zostały zaprojektowane jako jedna, współpracująca całość.

W przeciwieństwie do klasycznej instalacji wodnej, gdzie moc każdego grzejnika jest na stałe przypisana do jego wielkości, a temperatura wody zależy od pracy źródła dla całego domu, HexR dostarcza ciepło lokalnie i w ilości dokładnie odpowiadającej bieżącym potrzebom danego pomieszczenia. Zamiast projektować z dużym zapasem, można precyzyjnie dopasować moc do realnego zapotrzebowania.

Sercem grzejników HexR jest unikatowa konstrukcja elementu grzejnego wykonanego z czystego, syntetycznego grafitu oraz kaolinu. Zastosowanie tego materiału nie jest przypadkowe – grafit cechuje się doskonałą przewodnością cieplną i elektryczną, zachowując pełną trwałość mechaniczną przez dziesięciolecia bez utraty parametrów.

Element grzejny posiada opatentowany, heksagonalno-fraktalny kształt, który tworzy niespotykanie dużą powierzchnię wymiany ciepła i naturalnie wspomaga zjawisko konwekcji. Równomierny rozkład gęstości prądu w całej strukturze grafitowej sprawia, że grzałka nagrzewa się jednorodnie w całej swojej objętości, eliminując lokalne przegrzania i straty energii. Według niezależnych badań współczynnik oddawania ciepła grafitowego elementu grzejnego HexR jest nawet o 59% wyższy niż w konkurencyjnych ogrzewaczach elektrycznych, co bezpośrednio przekłada się na redukcję energochłonności całego systemu.

Kurtyna termiczna – grzejniki serii G3

Ciepło z elementu grzejnego rozprowadzają smukłe grzejniki serii G3. Mają obudowę z frontowym panelem z hartowanego szkła Glass Ultra-Clear o niskiej zawartości tlenków żelaza, a na życzenie mogą otrzymać indywidualny nadruk. Dzięki temu zamiast masywnego grzejnika pod oknem pojawia się dyskretny element wykończenia wnętrza.

Ważniejsza od wyglądu jest jednak aerodynamika. Kierunkowy dyfuzor, wykorzystujący tzw. efekt Coandy, prowadzi laminarny przepływ strumienia ciepłego powietrza wzdłuż szyby lub ściany. Powstaje pionowa kurtyna termiczna, która w znacznym stopniu ogranicza tzw. efekt zimnej szyby i opadania chłodnego powietrza, co pozwala uzyskać od 10 do 15% oszczędności energii w porównaniu do klasycznych grzejników. To właśnie okna są najsłabszym ogniwem ścian zewnętrznych, więc dostarczenie ciepła dokładnie w tym miejscu poprawia również komfort i ogranicza ryzyko kondensacji pary wodnej oraz rozwoju pleśni.

Sterowanie, które uczy się budynku

Kluczowym elementem, który pozwala ominąć pułapkę zawyżonych założeń projektowych normy PN-EN 12831, jest zaawansowana automatyka sterująca. W grzejnikach HexR serii G3 zastosowano autorski, adaptacyjny regulator temperatury strefy grzewczej (pracujący w optymalnym zakresie od 16°C do 24°C) oparty na cyfrowym algorytmie PID.

Zamiast grzać w sposób ciągły lub działać na zasadzie prostego termostatu włącz/wyłącz, algorytm PID precyzyjnie reguluje temperaturę pomieszczenia i dawkuje energię w postaci krótkich mikro-impulsów. Regulator samoczynnie „uczy się” rzeczywistych parametrów termicznych budynku, uwzględnia dodatkowe zyski ciepła (np. gdy przez okna wpadają promienie słoneczne lub w salonie przebywa więcej osób) i płynnie redukuje moc grzejnika. Dzięki funkcji programowalnego obniżenia nocnego oraz natychmiastowej reakcji na zmiany temperatury (brak bezwładności typowej dla wylewek podłogowych), system HexR dopasowuje moc grzewczą dokładnie do realnego, chwilowego zapotrzebowania budynku. W porównaniu z klasycznymi grzejnikami pozwala to oszczędzić ok. 10–15% energii, głównie dzięki możliwości obniżenia temperatury pomieszczenia o 1–2°C bez utraty komfortu cieplnego użytkowników.

Prosty montaż i gotowość na zanik napięcia w sieci

Wybór systemu grzewczego to decyzja na lata, która powinna uwzględniać również sytuacje nieprzewidywalne, związane np. z zanikiem napięcia w gniazdku. Unikalne cechy systemu HexR to ponadto:

Modułowość i niskie obciążenie sieci: instalację można etapować i dopasować do specyfiki każdego obiektu (od mieszkań i domów pasywnych po modernizowane budynki), nie obciążając nadmiernie przyłącza elektroenergetycznego.

Gwarancja dostawy ciepła przy zaniku napięcia zasilania obiektu: niskie moce grzejników HexR pozwalają je zasilać standardowymi generatorami energii elektrycznej.

Brak kosztów kotłowni i remontu: montaż wiszących lub przyokiennych jednostek HexR nie wymaga budowy komina, kotłowni, rozprowadzania rur ani kucia ścian – grzejnik wystarczy podłączyć bezpośrednio do gniazdka elektrycznego.

Synergia z OZE i systemami EMS: grzejniki HexR doskonale współpracują z domową instalacją fotowoltaiczną (PV) oraz nowoczesnymi systemami zarządzania energią EMS (Energy Management System), pozwalając wykorzystywać energię elektryczną wtedy, gdy jest ona produkowana na dachu lub gdy jego cena w taryfie dynamicznej jest najniższa.

Mrozy sprzed 40 lat nie muszą decydować o tym, jak ogrzewamy dzisiejsze domy! Obliczenia zgodne z normami nadal pozostają punktem wyjścia i stanowią wartość bazową, ale o komforcie i rachunkach decyduje to, jak precyzyjnie instalacja odpowiada na rzeczywiste potrzeby budynku i jego mieszkańców.

Andrzej Gołdasz, Aleksander Skała