5 sposobów na ogrzewanie hali

Pomieszczenia o dużej kubaturze bez wątpienia rządzą się swoimi prawami, wymaganiami oraz potrzebami. Nie inaczej jest w przypadku instalacji ogrzewczej, której zadaniem jest ogrzewanie hali produkcyjnej, magazynowej, warsztatu, itp.

Instalacja taka powinna nie tylko pokrywać straty ciepła w danym pomieszczeniu, ale również powinna być dostosowana do jego indywidualnych potrzeb. Dlatego podczas projektowania takich systemów powinniśmy wziąć kilka rzeczy pod uwagę, przemyśleć je, a następnie dopiero zaprojektować instalację, która będzie spełniać oczekiwania Inwestora, zarówno pod kątem praktycznym jak i ekonomicznym.

Dlatego właśnie chciałbym, abyśmy w tym artykule, wspólnie zastanowili się jakie cechy musimy przemyśleć na etapie projektowania instalacji grzewczej dla obiektów wielokubaturowych na przykładzie hal, a następnie wzięli pod lupę pięć, najbardziej popularnych systemów stosowanych do ogrzewania hal w Polsce.

Ogrzewanie hali – wymagania

Na początek zastanówmy się, jakie czynniki zewnętrzne musimy wziąć pod uwagę, rozpoczynając projektowanie odpowiedniej instalacji ogrzewczej dla hali. Przede wszystkim spójrzmy na straty ciepła. Powstają one tutaj nie tylko przez przegrody budowlane, ale również przez częste otwieranie drzwi i bram oraz przez wzmożony ruch ludzi i pojazdów. W związku z powyższym, przepływ zimnego powietrza z zewnątrz do pomieszczenia nie może być tutaj pominięty.

Następnie pomyślmy, jakie zadania powinien spełniać system instalacji grzewczej w takim pomieszczeniu jak np. warsztat. Oczywiście powinien być on skuteczny oraz ekonomiczny. No dobra, ale o tym tak naprawdę mówimy w przypadku jakiejkolwiek instalacji, więc może nieco rozwińmy ten temat, co Ty na to? 🙂

System taki powinien minimalizować straty ciepła oraz powinien być przystosowany do indywidualnych potrzeb pomieszczenia. Tzn. powinien działać tak, aby zapewniać odpowiednią temperaturę w strefach przebywania ludzi, ale z pominięciem wzmożonego ruchu powietrza w takich obszarach. Dlaczego? Ponieważ nikt nie chce przebywać w miejscach, gdzie czuć zjawisko tzw. przeciągu.

Kolejnym punktem, który musimy rozważyć to oczywiście automatyka i bezwładność takiej instalacji. System powinien szybko dostosowywać się do zmian temperatury powietrza w pomieszczeniu, co oczywiście w halach czy warsztatach jest zjawiskiem bardzo częstym. Trochę inaczej wygląda to już w halach magazynowych.

Jeżeli pomieszczenie będzie podzielone na różne strefy to również nie możemy przejść wobec tego obojętnie. Może się np. zdarzyć, że w hali będą znajdować się obszary, które należy ogrzać w mniejszym lub też większym stopniu.

Na zakończenie tego podrozdziału musimy sobie jeszcze powiedzieć o jakości dostarczanego powietrza. Oczywiście będzie ona zależna nie tylko od względów higienicznych, ale często również od procesów technologicznych. Może się zdarzyć, że to właśnie z tego względu, do hali będzie trzeba dostarczyć powietrze o konkretnych parametrach lub zastosować lepsze filtry, dzięki czemu powietrze będzie bardziej czystsze i zdrowsze.

Sposoby ogrzewania hali

Ok, kiedy już uświadomiliśmy sobie, kilka głównych parametrów, jakie musimy przeanalizować, zajmijmy się teraz konkretnymi systemami, które są najbardziej popularne w Polsce. Na początek wymieńmy je, a później przyjrzymy się każdemu z nich nieco bliżej.

  • Ogrzewanie grzejnikowe
  • Ogrzewanie powietrzne z zastosowaniem centrali wentylacyjnej
  • Ogrzewanie powietrzne z zastosowaniem aparatów grzewczo – wentylacyjnych
  • Ogrzewanie podłogowe
  • Ogrzewanie radiacyjne z zastosowaniem promienników

Ogrzewanie grzejnikowe

Ogrzewanie hali grzejnikami ma swoje plusy jak i minusy. Inwestorzy przede wszystkim patrzą na ilość wolnego miejsca, gdzie mogą zlokalizować konkretne urządzenia. Nie ma się co oszukiwać, że często chcą mieć je przy ścianach, a niestety wybór grzejników może im to mocno ograniczać…

Ale to oczywiście nie wszystko. 🙂 Popatrzmy jak w ogóle działa grzejnik? Wykorzystuje on naturalny rozkład temperatur w pomieszczeniu i zasysa chłodniejsze powietrze dołem, a następnie ogrzewa je i wyrzuca górną częścią. Jakie są tego efekty? Przede wszystkim powietrze zasysane jest z licznym kurzem, którego w takich halach nie brakuje. Dodatkowo powietrze, które wychodzi z grzejnika jest ciepłe, a przez to również lżejsze i unosi się ku górze. W przypadku pomieszczeń o dużej wysokości nie trudno zgadnąć, że najcieplej będzie właśnie pod sufitem, czyli tam, gdzie oczywiście nie ma ludzi.

Ponadto zastosowanie grzejników sprawia, że pomieszczenie jest ogrzane głównie w miejscach, gdzie są one zlokalizowane czyli przede wszystkim przy ścianach zewnętrznych. A co ze środkiem pomieszczenia, zwłaszcza, jeżeli taka hala jest naprawdę spora?

Ogrzewanie powietrzne z zastosowaniem centrali wentylacyjnej

Zastosowanie systemu inst. wentylacji mechanicznej do ogrzania hali lub magazynu wygląda już nieco lepiej. Przede wszystkim, dzięki sieci kanałów wentylacyjnych mamy możliwość dostarczenia powietrza w każde miejsce. Dodatkowo, dzięki zastosowaniu dysz dalekiego zasięgu lub nawiewników szczelinowych, mamy możliwość doprowadzenie ciepłego powietrza właśnie w te miejsca, na których nam najbardziej zależy.

Wykorzystując w centrali wentylacyjnej wymiennik ciepła lub komorę mieszania (jeżeli procesy technologiczne nam na to pozwolą) możemy dodatkowo zmniejszyć koszty eksploatacji instalacji, ponieważ ponownie wykorzystamy energię cieplną powietrza wywiewanego. No dobra, ale co jeżeli procesy technologiczne nam na to nie pozwolą? Wtedy z pomocą przychodzi nam wymiennik ciepła z czynnikiem pośrednim, czyli np. wymiennik ciepła glikolowy. 🙂

Jeżeli zapewnimy odpowiednią temperaturę powietrza nawiewanego oraz jego odpowiednią ilość to oczywiście możemy pomieszczenie ogrzać w miarę szybko, co nie jest bez znaczenia dla Inwestora.

Dodatkowo, tutaj możemy zastosować jeszcze jeden atut centrali wentylacyjnej! 🙂 Jeżeli tylko wyposażymy takie urządzenie w komorę mieszania, to po mroźniej nocy, jeszcze przed przyjściem pierwszych ludzi do pracy, układ automatyki może uruchomić centralę oraz odpowiednio ją wysterować, aby w jak najszybszym tempie hala została ogrzana. Co tutaj dokładnie mam na myśli? Pracę w 100% na powietrzu wewnętrznym i jego wymuszony obieg w hali.

Możesz się jeszcze zastanawiać, jak taki układ będzie się dostosowywał do zmian temperatury w pomieszczeniu. Jeżeli tylko układ hydrauliczny, zapewniający regulację mocy nagrzewnicy będzie odpowiednio zaprojektowany, tzn. będzie posiadał m.in. zawór regulacyjny z wysokim autorytetem to wszystko powinno działać sprawnie. Więcej o autorytecie zaworu możesz przeczytać tutaj.

Ogrzewanie hali powietrzem wentylacyjnym – przykład

Chciałbym jeszcze, abyśmy się tutaj na chwilę zatrzymali i przeliczyli sobie dokładną moc urządzenia oraz wymaganą temperaturę powietrza nawiewanego, które są niezbędne do odpowiedniego ogrzania hali produkcyjnej. Na potrzeby tego przykładu przyjmijmy sobie następujące założenia:

  • całkowite straty ciepła w pomieszczeniu: 12,25 kW
  • temperatura powietrza wewnętrznego w pomieszczeniu: 16°C
  • temperatura powietrza zewnętrznego: -20°C
  • sprawność wymiennika ciepła w centrali wentylacyjnej: 78%
  • Wymiary pomieszczenia: 35 x 10 x 4 m

Ok, na początek zacznijmy od wyznaczenia temperatury powietrza pobieranego z zewnątrz za rekuperatorem, ale przed nagrzewnicą. Aby to zrobić musimy skorzystać ze wzoru:

    \[ t_{2} = \eta \cdot (t_{3} - t_{1}) + t_{1} \]

  • t1 – temperatura powietrza zewnętrznego, °C
  • t2 – temperatura powietrza za wymiennikiem ciepła, °C
  • t3 – temperatura powietrza wewnętrznego, °C
  • ɳ – sprawność wymiennika ciepła

    \[ t_{2} = 0,78 \cdot (16 + 20) - 20 = 8,1 \  ^{\circ} C \]

Jeżeli wiemy już, że temperatura powietrza zewnętrznego, za wymiennikiem ciepła będzie wynosić nieco powyżej 8°C, policzmy teraz do jakiej temperatury należy ją ogrzać w nagrzewnicy, aby przejęła straty ciepłą w pomieszczeniu hali. W tym celu, przyjmijmy, że wentylacja będzie zapewniać 2 wymiany powietrza w ciągu godziny, czyli łączny strumień powietrza nawiewanego będzie wynosił:

    \[ V = 35 \cdot 10 \cdot 4 \cdot 2 = 2800 \  m^{3}/h \]

Z kolej temperaturę, do której powietrze powinno zostać ogrzane możemy obliczyć ze wzoru:

    \[ t_{naw} = t_{wyw} + \beta \cdot (h - 2) + \frac{Q}{V \cdot C_{p} \cdot \rho} \]

  • tnaw – temperatura powietrza nawiewanego, °C
  • twyw – temperatura powietrza wywiewanego, °C
  • β – pionowy gradient temperatury, β = 0,2 K/m
  • h – wysokość umieszczenia wywiewnika liczona od podłogi pomieszczenia, m
  • Q – całkowita wartość strat ciepła w pomieszczeniu, kW
  • V – strumień objętości powietrza nawiewanego, m3/s
  • Cp – ciepło właściwe powietrza, Cp = 1,005 kJ/(kg · K)
  • ρ – gęstość powietrza, ρ = 1,2 kg/m3

    \[ t_{naw} = 16 + 0,2 \cdot (3 - 2) + \frac{12,25}{\frac{2800}{3600} \cdot 1,005 \cdot 1,2} = 29,3 \ ^{\circ} C \]

Zgodnie z powyższymi obliczeniami, powietrze wentylacyjne, które będzie dostarczane na potrzeby ogrzewania hali powinno mieć temperaturę w granicach 30°C. Czyli nagrzewnica w centrali powinna je ogrzewać o około 22°C.

Ogrzewanie powietrzne z zastosowaniem aparatów grzewczo – wentylacyjnych

Aparaty grzewczo – wentylacyjny, czyli popularne nagrzewnice powietrza to urządzenia, które są bardzo często stosowane do ogrzewania hal produkcyjnych. Możemy je podzielić na takie urządzenia, które są zasilane energią elektryczną, wodą lub gazem. Dodatkowo mogą być one jeszcze wyposażone w czerpnie powietrza oraz komory mieszania.

Aby wybrać odpowiedni rodzaj zasilania takiego urządzenia, musimy przede wszystkim odpowiedzieć sobie na pytanie, czy Inwestor zamierza wyłączać z eksploatacji halę czy nie. Dlaczego jest to takie ważne? Ponieważ, jeżeli zastosujemy aparaty zasilane wodą i pomieszczenie nie będzie ogrzewane to woda zamarznie i rozsadzi instalację. O potencjalnych skutkach takiej awarii pisałem kiedyś tutaj.

Oczywiście możemy się przed tym zabezpieczyć na kilka sposób. Możemy mimo wszystko zapewnić utrzymanie min. temperatury powietrza wewnętrznego na hali lub po prostu zastosować czynnik przeciwzamrożeniowy jak np. r-r glikolu etylenowego o odpowiednim stężeniu.

Ale… zastosowanie w tym przypadku nagrzewnic zasilanych gazem od razu eliminuje nam powyższy problem, ponieważ przez układ rurociągów nie przepływa woda tylko gaz. Dodatkowo odpada nam cała hydraulika, wzrasta niestety koszt samych urządzeń i konieczność budowy przewodów powietrzno – spalinowych w przypadku urządzeń z zamkniętą komorą spalania. Jeżeli aparaty grzewczo – wentylacyjne będą posiadać otwartą komorę spalania, to wtedy oczywiście musimy bardzo dokładnie zaprojektować samą wentylację hali, aby była ona zgodna z obowiązującymi przepisami.

No dobra, ale czy są jeszcze jakieś wady urządzeń zasilanych gazem? Niestety tak… Czasami taka instalacja może wymagać detekcji metanu, jeżeli moc zainstalowanych urządzeń w pomieszczeniu przekracza 60 kW. A co więcej, z doświadczenia wiem, że czasami ubezpieczyciele robią problemy lub wymagają dodatkowych zabezpieczeń, aby objąć dany obiekt swoim ubezpieczeniem – bo jest gaz…

O nagrzewnicach elektrycznych nie chce się tutaj rozpisywać, ponieważ w ich przypadku sprawa jest prosta. Posiadają one grzałki elektryczne i chociaż są tańsze w zakupie to niestety wszystko odbija się na późniejszych kosztach ich eksploatacji.

Dobra, ale przejdźmy dalej. Niewątpliwą zaletą aparatów grzewczo – wentylacyjnych jest ich duży zasięg oraz możliwość skierowania powietrza w odpowiednie miejsce. Oczywiście, jeżeli wybierzemy urządzenie wyposażone w ruchome kierownice powietrza.

Ponieważ nagrzewnice najlepiej pracują przy wysokim parametrze czynnika grzewczego, czas potrzebny do ogrzania powietrza jest stosunkowo krótki. Oczywiście, z drugiej strony skutkuje to obniżeniem sprawności kotła kondensacyjnego (jeżeli zdecydujemy się na urządzenia zasilane wodą), który uzyskuje lepszą efektywność przy pracy z niskim parametrem.

Ok, musimy tutaj jeszcze powiedzieć sobie o czerpni i komorze mieszania, w które takie urządzenia mogą zostać wyposażone. Dzięki temu, mamy możliwość pobierania powietrza z zewnątrz, a następnie ogrzania go do odpowiedniej temperatury. Co więcej, aby ograniczyć koszty eksploatacji, możemy część powietrza zawrócić z pomieszczenia i odpowiednio wymieszać strumienie w komorze mieszania. Tutaj pojawia się również możliwość szybkiego ogrzania samej hali, przy wykorzystaniu 100% powietrza wewnętrznego – tak samo jak miało to miejsce w komorze mieszania centrali wentylacyjnej.

Kolejną zaletą takiego rozwiązania jest lokalizacja samych urządzeń. Zazwyczaj umieszcza się je pod stropem, dzięki czemu nie zabierają miejsca przy ścianach, gdzie zazwyczaj lokalizuje się urządzenia technologiczne.

Podczas projektowania instalacji z aparatami grzewczo – wentylacyjnymi należy odpowiednio rozmieścić urządzenia, tzn. tak, aby zapewniały nawiew ciepłego powietrza w odpowiednie strefy oraz aby nie walczyły ze sobą, tzn. aby struga powietrza pochodząca z jednego urządzenia nie zakłócała przepływu drugiej.

Ogrzewanie podłogowe

Ogrzewanie podłogowe na hali? 🙂 No właśnie… z jednej strony mało oczywisty pomysł, z drugiej kilka razy wydziałem takie rozwiązania. Ale czy warto w ogóle sobie tym zawracać głowę?

Ok, na początku przejdźmy do zalet takiego systemu. Bez wątpienia jest nim ukrycie wszystkich elementów w posadzce hali, przez co Inwestor nie traci żadnego miejsca w pomieszczeniu. I chyba na tym kończą się tutaj jego zalety…

No to przejdźmy teraz do wad. Instalacja ogrzewania podłogowego to przede wszystkim instalacja niskotemperaturowa, a więc instalacja, która charakteryzuje się dużą bezwładnością. W rezultacie będzie potrzeba ogromnej ilości czasu, aby ogrzać duże pomieszczenie. W ogóle więcej o wadach i zaletach popularnej podłogówki możesz przeczytać tutaj.

Następnie pojawia się problem pracy samych przewodów. Hala to pomieszczenie, które jest zazwyczaj narażone na działanie oraz ruch takich pojazdów jak np. samochody dostawcze czy wózki widłowe. Bardzo prawdopodobne, że pod ich ciężarem, przewody instalacji podłogowej najzwyczajniej w świecie zmienią swoja położenie względem pierwotnego.

Ok, pomyślmy co jeszcze może się zdarzyć? W takich pomieszczeniach jak hale produkcyjne występuje częsty ruch ludzi z zewnątrz do wewnątrz. Jeżeli jest zima, jeżeli na zewnątrz jest śnieg lub po prostu błoto to zostanie ono wniesione na butach do środka budynku. Teraz na wskutek ciepłej podłogi będzie ono oczywiście parować. I o ile w zimie zalecane jest nawilżanie suchego powietrza, o tyle nie wiem czy ktokolwiek chciałby pracować w miejscach, gdzie śnieg lub błoto cały czas odparowuje w górę…

Ogrzewanie radiacyjne z zastosowaniem promienników

Dobra, i w tym momencie dochodzimy do ostatniego sposobu na ogrzewanie hali, który chciałbym tutaj omówić. Mowa oczywiście o promiennikach, które również możemy podzielić na elektryczne oraz gazowe. Co więcej, możemy tutaj jeszcze wyszczególnić promienniki rurowe oraz ceramiczne.

Nie wchodząc jednak w szczegóły samej konstrukcji urządzeń, skupmy się na zasadzie ich działania. Przede wszystkim działają one z wykorzystaniem promieniowania podczerwieni. Dzięki temu, ciepło promieniowania jest oddawane tylko i wyłącznie do przedmiotów, które napotyka na swojej drodze. Takie przedmioty, urządzenia czy nawet ciało ludzkie zostają ogrzane i to one oddają energię do powietrza w swojej, najbliższej okolicy. Jaki z tego wniosek? Ano taki, że promieniowanie nie oddaje ciepła do powietrza, które napotyka na swojej drodze, a przez to nie występują tutaj niepotrzebne straty ciepła.

Dodatkowo, część promienników rurowych może być wyposażona w odzysk ciepła ze spalin, dzięki czemu ich efektywność będzie dodatkowo zwiększona. Z drugiej jednak strony ma to też swoje wady… Mowa oczywiście o takich samych sytuacjach, które omawialiśmy sobie przy aparatach grzewczo wentylacyjnych zasilanych gazem, czyli kwestia dodatkowego zabezpieczenia lub np. problemów z ubezpieczeniem obiektu.

Oczywiście w przypadku zastosowania urządzeń gazowych z otwartą komorą spalania, pomieszczenie musi być również wyposażone w odpowiednią wentylację, która będzie spełniać obowiązujące przepisy.

Ponadto, projektowanie promienników jest dość specyficzne i rządzi się swoimi prawami. Tutaj, nawet minimalna zmiana kierunku promieniowania może mieć duże znaczenie na emitowaną moc. Dlatego, jeżeli zdecydujemy się na ich zastosowanie, to warto skonsultować się z producentem takich urządzeniem.

Niemniej jednak, promienniki moim zdaniem mają ogromne zalety i z całą pewnością warto je rozważyć projektując ogrzewanie hal, magazynów, warsztatów czy też jakiekolwiek inne pomieszczenia o znacznej kubaturze.

Podsumowanie

I tym sposobem zmierzamy do końca artykułu, w któym przedstawiłem Ci 5 najbardziej popularnych systemów, stosowanych w Polsce na potrzeby ogrzewania obiektów wielokubaturowych. Oczywiście wybór konkretnego systemu grzewczego zawsze zależy od indywidualnych potrzeb Inwestora oraz charakteru pracy danego pomieszczenia.

Moim zdaniem, w większości przypadków powinniśmy zacząć rozważać instalację z wykorzystaniem promienników, aparatów grzewczo – wentylacyjnych oraz systemu wentylacji mechanicznej. Grzejniki raczej powinny znajdować się na końcu naszej listy, a podłogówka… No cóż, ja uważam, że nie jest to najlepszy sposób, aby ogrzewać hale, chociaż wiem, że czasami jest ona stosowana. Złotego środka, który będzie pasować do każdego przypadku niestety tutaj nie ma. A może i stety… 🙂 Dzięki temu jest przecież ciekawiej. 🙂