Ogrzewanie - Polski Serwis Naukowy

Ogrzewanie – proces dostarczania energii termicznej do ciała, pomieszczenia, w celu podniesienia lub utrzymania jego temperatury.

Artykuł ten omawia ogrzewanie w kontekście wszelkiego rodzaju pomieszczeń, budowli i budynków, gdyż takie jest najczęstsze stosowanie tego wyrażenia. Ogrzewanie może dotyczyć również:

samochodu (patrz też niżej: grzejniki nadmuchowe)

tafli boiska (patrz też niżej: ogrzewanie podłogowe)

i innych.

Ogrzewanie jest szeroko rozumianym pojęciem, związanym z zapewnieniem odpowiednich warunków temperaturowych, zależnie od charakteru pomieszczenia i z uwzględnieniem zmian potrzeb klimatycznych w różnych okresach (czasowych lub funkcjonalnych).

Wentylator – sprężarka, w której przyrost ciśnienia statycznego gazu jest minimalny (nie przekracza 13 kPa), a cała energia gazu jest zawarta w jej składowej kinetycznej.
Węgiel brunatny to skała osadowa pochodzenia organicznego roślinnego powstała w neogenie, w erze kenozoicznej ze szczątków roślin obumarłych bez dostępu powietrza. Zawartość węgla 62-75%. Często stosowany jako paliwo. Jego wartość opałowa waha się od 7,5 do 21 MJ/kg. Węgiel brunatny jest nieodnawialnym źródłem energii.

Dostarczanie ciepła do pomieszczeń

Wstęp

Istnieje wiele metod dostarczania ciepła do pomieszczenia. Konkretne rozwiązanie warunkują: rodzaj pomieszczenia (np. pokój dzienny, garaż, łazienka), czas przebywania w nim ludzi (np. cała noc, chwilowo), możliwości techniczne (czyli dostępne źródła energii) i uwarunkowania finansowe.

Zduństwo - dział rzemiosła zajmujący się budową i naprawą pieców (pokojowych, kuchennych, chlebowych, pieco-kominków, ostatnio (po 1990 r.) także kominków). Rzemieślnik uprawiający to rzemiosło to zdun.
Energia geotermalna (energia geotermiczna, geotermia) - jeden z rodzajów odnawialnych źródeł energii. Polega na wykorzystywaniu cieplnej energii wnętrza Ziemi, szczególnie w obszarach działalności wulkanicznej i sejsmicznej. Woda opadowa wnika w głąb ziemi, gdzie w kontakcie z młodymi intruzjami lub aktywnymi ogniskami magmy, podgrzewa się do znacznych temperatur. W wyniku tego wędruje do powierzchni ziemi jako gorąca woda lub para wodna.

Centralne ogrzewanie (CO)

Działanie CO grawitacyjnego z górnym rozprowadzeniem

Współczesny kocioł CO

We współczesnym rozumieniu jest to dostarczenie ciepła do elementów grzejnych zlokalizowanych w docelowych pomieszczeniach za pomocą gorącej wody. Jednak zakres tego pojęcia jest szerszy – jest to dystrybucja ciepła po budowli, uzyskanego z przetworzenia paliwa w jednym, specjalnie przeznaczonym do tego pomieszczeniu, kotłowni, w tym przypadku piec nazywany jest kotłem centralnego ogrzewania, a elementy przekazujące ciepło w pomieszczeniach to grzejniki (tzw. potocznie „kaloryfery”). Do rozprowadzania ciepła wykorzystuje się wodę, parę wodną lub powietrze. Stosuje się systemy obejmujące jedno mieszkanie (centralne ogrzewanie etażowe), jeden budynek, kilka budynków, a nawet całe miasta.

Gaz drzewny, holzgas jest gazem generatorowym produkowanym w procesie zgazowania z drewna w urządzeniu zwanym gazogeneratorem. Składa się przede wszystkim z wodoru, tlenku węgla i metanu oraz niepalnego azotu i dwutlenku węgla. Paliwo gazowe to może być stosowane do zasilania silników spalinowych i innych urządzeń (np. kotłów).
Grawitacja (ciążenie powszechne) - jedno z czterech oddziaływań podstawowych, będące zjawiskiem naturalnym polegającym na tym, że wszystkie obiekty posiadające masę oddziałują na siebie wzajemnie przyciągając się.

W instalacjach obejmujących jeden budynek woda może krążyć w wyniku zmian gęstości przy zmianach temperatury (CO grawitacyjne) lub jej przepływ jest wymuszany pompą. W większych instalacjach stosuje się wyłącznie systemy z wymuszonym obiegiem. Z uwagi na to, iż ogrzewanie grawitacyjne wymaga zastosowania rur o większej średnicy i większej powierzchni grzejników (znacznie mniejszy przepływ czynnika grzewczego przez grzejniki), obecnie prawie w ogóle nie jest stosowane. Także w małych budynkach (np. domach jednorodzinnych) stosuje się obieg wymuszony.

Środowisko – ogół elementów nieożywionych i ożywionych, zarówno naturalnych, jak i powstałych w wyniku działalności człowieka, występujących na określonym obszarze oraz ich wzajemne powiązania, oddziaływania i zależności. Jest to pojęcie podrzędne w stosunku do przyrody, obejmującej również elementy ożywione.
Pellety (z ang. kulka, tabletka, granulka) - materiał opałowy ze sprasowanych pod wysokim ciśnieniem odpadów drzewnych: trocin, wiórów, zrębków (możliwe jest również wykorzystanie kory, upraw energetycznych i słomy). Wykonywane w postaci granulatu w kształcie kulek lub walców o średnicy 6-25 mm i długości do kilku centymetrów, konfekcjonowane w workach i big bagach. Pellety mają wartość opałową taką jak drewno, niską wilgotność, w czasie spalania powstaje niewielka ilość popiołu. Z tych powodów ich użycie wygodne jest w indywidualnych kotłach c.o. oraz kominkach, wyposażonych w zbiornik na pellety, dozownik i podajnik.

Rodzaje grzejników

Grzejniki gazowe

Czerpią energię z gazu. Stosowane są rzadko.

Wady i zalety:

Znikome zanieczyszczenie powietrza na zewnątrz budynku.

Dosyć wysoki koszt ogrzewania (ale niższy niż elektryczne).

Konieczność zapewnienia ciągu kominowego spalinowego.

Wysoki komfort użytkowania.

Możliwość szybkiego włączenia lub wyłączenia o dowolnej porze.

Grzejniki gazowe metalowe (żeliwne, lub z innego metalu).

Dom pasywny – standard wznoszenia obiektów budowlanych, który wyróżniają bardzo dobre parametry izolacyjne przegród zewnętrznych oraz zastosowanie szeregu rozwiązań, mających na celu zminimalizowanie zużycia energii w trakcie eksploatacji. Praktyka pokazuje, że zapotrzebowanie na energię w takich obiektach jest ośmiokrotnie mniejsze niż w tradycyjnych budynkach wznoszonych według obowiązujących norm.
Wymiennik ciepła – urządzenie służące do wymiany energii cieplnej pomiędzy dwoma jej nośnikami, tj. substancjami będącymi w stanie ciekłym lub gazowym.

Wady i zalety:

Silne nagrzewanie się powierzchni grzejnika (możliwość poparzenia).

Szybkie stygnięcie po zgaszeniu gazu.

Szybkie nagrzewanie się pomieszczeń.

Nierówna temperatura w pomieszczeniu (przy grzejniku upał, z dala – chłód).

Grzejniki gazowe akumulacyjne.

Może to być piec kaflowy, wyposażony w palnik gazowy zamiast spalania węgla. Także istnieją grzejniki żeliwne wyposażone w cegłę szamotową, która zapewnia właściwości akumulacyjne.

Pompa jest urządzeniem służącym do wytworzenia różnicy ciśnień między stroną ssawną (wlotem do pompy) a tłoczną (wylotem z pompy), umożliwiającej transport cieczy lub osadów. Działanie pompy polega na przekazaniu cieczy siły mechanicznej przez wirnik, tłok lub membranę, celem jej sprężenia.
Gaz koksowniczy – paliwo uzyskiwane poprzez przemysłowe wygrzewanie węgla kamiennego w temperaturze ponad 1000 °C w specjalnie w tym celu skonstruowanym piecu koksowniczym, bez dostępu tlenu.

Wady i zalety:

Powolne nagrzewanie się pomieszczeń.

Równomierna temperatura w pomieszczeniu.

Długie utrzymywanie ciepła.

Grzejniki konwekcyjne

Grzejniki konwekcyjne ogrzewają pomieszczenie w wyniku grawitacyjnego przepływu masy powietrza wewnątrz radiatora grzejnika, w wyniku czego następuje jego ogrzanie. Przepływ grawitacyjny wynika z różnicy gęstości powietrza ze zmianą jego temperatury. Grzejniki zasilane są prądem elektrycznym lub gorącą wodą. Woda dostarczana jest instalacją centralnego ogrzewania (CO).

Silnik spalinowy — silnik wykorzystujący sprężanie i rozprężanie czynnika termodynamicznego (gazu) do wytworzenia momentu obrotowego lub siły. Sprężany jest gaz "zimny", a rozprężany — "gorący". Do sprężenia gazu zimnego zużywana jest mniejsza ilość energii mechanicznej niż uzyskuje się z rozprężania. Z tego powodu energia uzyskana z rozprężania zużywana jest do sprężania gazu i do napędu dowolnej maszyny. Gorący gaz uzyskuje się w wyniku spalenia paliwa, stąd nazwa: silnik spalinowy.
Temperatura – jedna z podstawowych ) w termodynamice, będąca miarą stopnia nagrzania ciał. Temperaturę można ściśle zdefiniować tylko dla stanów równowagi termodynamicznej, bowiem z termodynamicznego punktu widzenia jest ona wielkością reprezentującą wspólną własność dwóch układów pozostających w równowadze ze sobą. Temperatura jest związana ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek tworzących dany układ i jest miarą tej energii.

Wady i zalety:

„mieszanie” powietrza w pomieszczeniu,

relatywnie średnia prędkość nagrzewania pomieszczenia,

łatwość regulacji temperatury,

stabilność w utrzymaniu temperatury w pomieszczeniu,

mniejsza powierzchnia grzejnika w stosunku do grzejników radiacyjnych

(wada) większe nierównomierności w ogrzewaniu powietrza, ciepłe powietrze unosi się do góry.

Grzejniki radiatorowe

Grzejniki radiatorowe są obecnie wypierane przez grzejniki konwekcyjne. Powietrze przepływa na zewnątrz radiatora. Radiator ma rozwiniętą powierzchnię zewnętrzną, wykonywaną przez wyprofilowanie, wytłoczenie lub przyspawanie pasów blachy do rury w której płynie czynnik grzejący.

Ropa naftowa (olej skalny, czarne złoto) – ciekła kopalina, złożona z mieszaniny naturalnych węglowodorów gazowych, ciekłych i stałych (bituminów), z niewielkimi domieszkami azotu, tlenu, siarki i zanieczyszczeń. Ma podstawowe znaczenie dla gospodarki światowej jako surowiec przemysłu chemicznego, a przede wszystkim jako jeden z najważniejszych surowców energetycznych.
Konwekcja – proces przekazywania ciepła związany z makroskopowym ruchem materii w płynie; gazie, cieczy bądź plazmie, np. powietrzu, wodzie, plazmie gwiazdowej. Czasami przez konwekcję rozumie się również sam ruch materii związany z różnicami temperatur, który prowadzi do przenoszenia ciepła. Ruch ten precyzyjniej nazywa się prądem konwekcyjnym.

Wady i zalety, porównanie z konwekcyjnymi:

zajmują większą powierzchnię ściany,

pomieszczenie jest ogrzane równomierniej,

łatwiej uzyskać wyższe temperatury w dolnej części pomieszczenia,

słabo wymuszają obieg powietrza w pomieszczeniu,

większa część ciepła jest odprowadzana przez promieniowanie cieplne.

Promienniki energii cieplnej

Bardzo cenione jako źródło ciepła w wysokich pomieszczeniach z uwagi na bezpośrednie ogrzewanie ciał stałych przez promieniowanie podczerwone, a nie przez powietrze, które dopiero wtórnie jest ogrzewane przez ciała stałe, dzięki czemu ciepło ukierunkowane jest do dolnej partii wysokiego obiektu. Systemy grzewcze oparte na promiennikach charakteryzują się minimalną bezwładnością, szczególnie oparte na promiennikach gazowych i elektrycznych.

Źródło termalne, źródło ciepłe, źródło gorące, cieplica - od średniej rocznej temperatury powietrza na danym obszarze (wg klasyfikacji hydrogeologicznej) lub wyższej niż 20 °C (wg klasyfikacji balneologicznej).
Drewno – surowiec drzewny otrzymywany ze ściętych drzew i formowany przez obróbkę w różnego rodzaju sortymenty. Zajmuje przestrzeń pomiędzy rdzeniem, a warstwą łyka i kory. Pod względem technicznym drewno jest naturalnym materiałem kompozytowym o osnowie polimerowej wzmacniany ciągłymi włóknami polimerowymi, którymi są podłużne komórki zorientowane jednoosiowo.

Promienniki obecnie należą do najchętniej stosowanych urządzeń grzewczych stosowanych w dużych obiektach przemysłowych, logistycznych i sportowych.

Wady i zalety:

Zalety:

niższe koszty eksploatacji systemu przy tym samym komforcie cieplnym

możliwość stosowania pełnej automatyki sterującej

układ zdecentralizowany przy większych obiektach

możliwość ogrzewania strefowego

kontrola komfortu termicznego całej powierzchni ogrzewanej

Wady:

zależne od rodzaju promienników (gazowe, elektryczne, wodne)

Grzejniki nadmuchowe

Grzejnik nadmuchowy jest połączeniem grzejnika konwektorowego z wentylatorem napędzanym energią elektryczną. Źródłem energii cieplnej jest najczęściej prąd elektryczny (sporadycznie woda, zasadniczo stosowana w samochodach). W ostatnich latach ciepło wytwarzane jest w nowoczesnych kominkach.

Jest to sposób ogrzewania budynku naturalnymi źródłami ciepła, głównie energią słoneczną poprzez odpowiednie ukształtowanie bryły budynku, przeszkleń w nim zamieszczonych, odpowiednie usytuowanie poszczególnych elementów budowli względem pozycji słońca w cyklu rocznym oraz zastosowanie innych technik ogrzewania alternatywnego takich jak gruntowy wymiennik ciepła.
Dwutlenek węgla (CO2, nazwa systematyczna: ditlenek węgla lub tlenek węgla(IV)) – nieorganiczny związek chemiczny, tlenek węgla na IV stopniu utlenienia.

Wady i zalety:

szybkie nagrzewanie pomieszczeń (intensywne mieszanie powietrza),

występowanie szybkiego ruchu powietrza,

hałas generowany przez wentylator,

trudność w stabilizacji temperatury (??),

możliwość kierunkowego ogrzewania (skierowania strumienia powietrza),

zimny nawiew (jako inne zastosowanie).

małe wymiary,

możliwość umieszczenia z dala od miejsca, które ma być ogrzewane

Wysokie koszty eksploatacji

Szybki spadek temperatury po zakończeniu eksploatacji

Ogrzewanie podłogowe

Cechą charakterystyczną ogrzewania podłogowego jest sposób emisji ciepła – jest ono dostarczane całą powierzchnią podłogi poprzez promieniowanie, co zapobiega powstawaniu gorących warstw powietrza w górnej części pomieszczenia. Ogrzewanie podłogowe zapewnia profil temperatury w pomieszczeniu najbardziej zbliżony do teoretycznego profilu idealnego, ponieważ oddaje ciepło przez promieniowanie i nie wywołuje konwekcji. Ogrzewanie wykonuje się jako elektryczne lub wodne. Najczęściej stosowane jest w łazienkach, choć w nowych budynkach coraz częściej jest stosowane na całej powierzchni użytkowej. W ogrzewaniu podłogowym wodnym, woda dostarczana jest instalacją centralnego ogrzewania (CO), przy czym konieczne jest zastosowanie mieszacza do obniżenia temperatury wody w stosunku do temperatury lub (co stosuje się częściej) niskotemperaturowego źródła ciepła, takiego jak pompa ciepła albo kocioł kondensacyjny.

Kolektor słoneczny - urządzenie do konwersji energii promieniowania słonecznego na ciepło. Energia docierająca do kolektora zamieniana jest na energię cieplną nośnika ciepła, którym może być ciecz (glikol, woda) lub gaz (np. powietrze).
Samochód – pojazd mechaniczny z własnym napędem (silnik) i źródłem energii, którym jest paliwo (gaz, ropa, benzyna, wodór), jak również bateria. Dwu lub trzyśladowy, na trzech (np. cyklonetka), lub więcej kołach (najczęściej czterech), przeznaczony do przewozu osób, ładunków itp.

Zalety:

równomierny rozkład pionowy temperatur w pomieszczeniu

ciepła („przyjemna”) podłoga

brak widocznych elementów ogrzewania (np. grzejników)

akumulacyjność cieplna.

Wady:

konieczność zniszczenia istniejącej podłogi (przy montażu w użytkowanym budynku)

ograniczenia sposobu wykonania podłogi i jej nakrycia – należy unikać materiałów izolujących (np. deski na legarkach, grube wykładziny i dywany).

czytaj dalej: [2], [3]

w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)