Regulacja temperatury w systemie ogrzewania drogą do komfortu cieplnego

Racjonalne korzystanie z energii grzewczej pozyskiwanej z paliwa oraz utrzymywanie komfortu temperaturowego w pomieszczeniach, wymagają wyposażenia instalacji centralnego ogrzewania w układy regulacyjne, dostosowane do rodzaju źródła ciepła jak i systemu jego przekazywania. Instalowane obecnie urządzenia sterujące oddziaływają bezpośrednio na poziom pozyskiwanej energii ze źródła ciepła jak i regulują jego dystrybucję wewnątrz budynku.

Regulacja temperatury w systemie ogrzewania drogą do komfortu cieplnego

Dostosowanie systemu ogrzewania do charakterystyki cieplnej budynku

Układy sterowania systemem grzewczym muszą odpowiednio szybko reagować na dynamikę zmian temperatury zewnętrznej i wewnętrznej z uwzględnieniem bezwładności cieplnej instalacji jak i samego budynku.

Ciepłochronność domu

Decydujące znaczenie ma ciepłochronność domu, zależna od termoizolacji przegród zewnętrznych i szczelności powietrznej, z uwzględnieniem niezbędnej wentylacji. Zależnie od tego, szczytowe zapotrzebowanie na moc cieplną może wahać się w bardzo szerokich granicach - od nawet 20 W/m2 w budynkach energooszczędnych do znacznie ponad 100 W/m2 w domach nieocieplanych.

Oczywiście wartości te w sezonie grzewczym zmieniają się znacząco, a zainstalowane urządzenia regulacyjne powinny odpowiednio dostosowywać moc ogrzewania do aktualnych warunków pogodowych.

Bezwładność cieplna budynku

Istotny wpływ na komfort temperaturowy pomieszczeń ma również bezwładność cieplna konstrukcji budynku jak i samej instalacji grzewczej. Domy budowane z tradycyjnych, ciężkich materiałów (cegieł ceramicznych, silikatowych czy betonu) charakteryzują się znaczną bezwładnością cieplną - długo utrzymują nagromadzone ciepło, ale i długo się nagrzewają.

Dzięki tym własnościom dobrze stabilizują temperaturę w pomieszczeniach przy krótkotrwałych zmianach dopływu energii cieplnej, akumulując jednocześnie tzw. energię obcą pochodzącą np. z nasłonecznienia.

Odmienne własności w tym zakresie mają natomiast budynki bardzo lekkie np. drewniane, szkieletowe. Szybko się nagrzewają, ale równie szybko wychładzają, zatem stabilizacja temperatury wewnętrznej wymaga niemal stałego dopływu energii grzewczej.

Bezwładność cieplna systemu ogrzewania

Na stabilizację temperatury pomieszczeń wpływa również bezwładność cieplna systemu ogrzewania. Instalacje o małej pojemności wodnej i niewielkiej powierzchni grzejnej np. z grzejnikami konwektorowymi, dynamicznie mogą dostosowywać moc grzewczą do aktualnych potrzeb, a układy „ciężkie” o znacznej bezwładności np. ogrzewanie podłogowe długo zmienia intensywność przekazywania ciepłą.

Niemniej trzeba też uwzględnić zdolność do samoregulacji systemu ogrzewania, której efektywność zależy głównie od powierzchni grzejnej i jej temperatury. Duże płaszczyzny o niskiej temperaturze np. podłogówki dość skuteczniej samoczynnie ograniczą moc grzejną, gdy nadmiernie wzrośnie temperatura w pomieszczeniu, jak i zwiększają emisję ciepła w razie ochłodzenia.

Sterowanie źródłem ciepła

Ilość energii przekazywanej z urządzeń grzewczych do wodnej instalacji zależy od dwóch parametrów - temperatury wody i intensywności jej przepływu. W praktyce regulację mocy reguły uzyskuje się prze sterowanie temperaturą zasilania, a ta z kolei zależy od intensywności spalania paliwa.

W przypadku kotłów na paliwo stałe regulację zapewnia zmiana intensywności dopływu powietrza, a w kotłach gazowych zmiana ilości spalanego gazu. Kotły na paliwo stałe zależnie od ich rodzaju mogą być wyposażone w mniej lub bardziej skuteczne układy regulacji mocy grzewczej, ale w każdym przypadku powinny one pracować z utrzymaniem minimalnej, zalecanej prze producenta temperatury powrotnej na poziomie ok. 60 stopni Celsjusza, co umożliwia m. in. samooczyszczanie się wymiennika ciepłą jak i jego ochronę przed korozją.

W najprostszych kotłach zasypowych najczęściej wykorzystywana jest dość prymitywna regulacja za pomocą miarkownika ciągu, który otwiera lub przymyka klapę popielnika regulując w ten sposób moc grzewczą utrzymując nastawiona temperaturę wody zasilającej. Zmianę ustawień wykonuje się ręcznie korzystając z tabel lub własnego doświadczenia zależnie od temperatury na zewnątrz. (np. przy 0 stopni Celsjusza nastawiamy na 60 stopni Celsjusza, a przy - 10 stopni Celsjusza na 80 stopni Celsjusza).

Genesis Plus KPP. Ekologiczny kocioł z podajnikiem, na pellet - 5 klasa, EcoDesign. fot. Galnet
Genesis Plus KPP. Ekologiczny kocioł z podajnikiem, na pellet - 5 klasa, EcoDesign. fot. Galnet

Nieco skuteczniejsze będzie regulacja z wykorzystaniem wentylatora nadmuchowego, którego pracą może sterować termostat kotłowy lub nawet pogodowy. Zależnie od nastaw dostarcza on odpowiedni strumień powietrza do paleniska, co pozwala na utrzymanie w miarę stałej temperatury zasilania. Jeszcze większą dokładnością regulacji charakteryzują się układy sterowania instalowane w kotłach retortowych z zasobnikiem. Tu oprócz regulacji nadmuchu sterowaniu podlega ilość dostarczanego do paleniska paliwa, a rozbudowany układ elektroniczny umożliwia podłączenie wielu czujników jak i urządzeń wykonawczych.

Jednak niezależnie od rodzaju kotła na paliwo stałe, optymalne funkcjonowanie ogrzewania - zwłaszcza w budynkach o niskim zapotrzebowaniu na ciepło - można zapewnić jedynie poprzez rozbudowanie układu zasilania instalacji, montując np. zbiornik buforowy lub wymiennik ciepła. Dzięki tym urządzeniom można będzie przez większą część sezonu zasilać instalację wodą o znacznie niższej temperaturze niż przy bezpośredniej współpracy z kotłem, co oprócz wymagań i korzyści eksploatacyjnych zapewni komfort temperaturowy pomieszczeń.

Nowoczesne kotły gazowe

Nowoczesne kotły gazowe są doskonale przystosowane do bezpośredniej współpracy z instalacją grzewczą budynku, a w wersji kondensacyjnej zapewniają również efektywną pracę przy bardzo niskich temperaturach zasilania. Sterowanie ich mocą grzewczą może przebiegać płynnie dzięki modulowanym palnikom pracującym w szerokim zakresie wytwarzanego ciepła.

Wiszący gazowy kocioł kondensacyjny VITODENS 200-W z intuicyjnym wyświetlaczem dotykowym. fot. Viessmann
Wiszący gazowy kocioł kondensacyjny VITODENS 200-W z intuicyjnym wyświetlaczem dotykowym. fot. Viessmann

Zależnie od konfiguracji układu regulację mocy zapewniają: regulator kotłowy, termostat pogodowy lub termostat pokojowy. Również starsze kotły gazowe umożliwiają dość efektywną regulację mocy grzewczej, choć z reguły mogą pracować jedynie w trybie włącz/wyłącz dla nastawionych temperatur zasilania.

Sterowanie mocą grzewczą na zasilaniu

Wytworzona w kotle energia cieplna o parametrach wyjściowych musi być rozdzielona na poszczególne obwody grzejne i dostosowana do rodzaju przekaźnika ciepła (grzejnika, podłogówki) a jej własności mogą różnić się od tych bazowych.

Przy zasilaniu instalacji z kotła węglowego typu zasypowego w instalacji warto zamontować zbiornik akumulacyjny, który poprzez zawór mieszający umożliwi niskotemperaturowe zasilanie grzejników, co zapewnia utrzymywanie stabilnej temperatury w pomieszczeniach, zwłaszcza przy stosunkowo niewielkich spadkach temperatury na zewnątrz.

Zbiorniki akumulacji ciepła łączące w sobie zalety bufora c.o. i wymiennika c.w.u. fot. Galmet
Zbiorniki akumulacji ciepła łączące w sobie zalety bufora c.o. i wymiennika c.w.u. fot. Galmet

Przy zasilaniu z kotłów nowej generacji optymalnym rozwiązaniem będzie zbiornik buforowy i wymiennik płytowy, co pozwoli na regulację temperatury zasilania instalacji w szerokim zakresie oraz rozdzieli hydraulicznie obiegi kotłowy i grzejny optymalizując parametry zasilania różnych urządzeń grzejnych.

Na zautomatyzowanie sterowania temperaturą zasilania pozwala zamontowanie regulatora pogodowego, który samoczynnie zmieni moc grzewczą źródła ciepła zależnie od warunków meteorologicznych. Taki regulator najczęściej umożliwia również programowanie w powiązaniu z tzw. krzywą grzewczą - algorytmem uzależniającym temperaturę zasilania w instalacji c.o. konieczną do utrzymywania zadanej temperatury w pomieszczeniach, zależnie od pogody. Jednak jego optymalne funkcjonowanie wymaga dobrania programu do konkretnej instalacji, przy czym jako wzorcowe należy przyjąć pomieszczenie o największym zapotrzebowaniu na ciepło.

Bezprzewodowy, tygodniowy - programowalny, regulator temperatury AURATON R30 RT. fot. AURATON
Bezprzewodowy, tygodniowy - programowalny, regulator temperatury AURATON R30 RT. fot. AURATON

Utrzymanie pożądanej temperatury wewnątrz domu zapewnia również podłączenie termostatu pokojowego, który zależnie od konfiguracji sterowania kotła może pracować w trybie włącz/wyłącz lub proporcjonalnie sterować mocą grzewczą. Regulatory te pracują z dokładnością +/- 0,5 stopni Celsjusza, co niekiedy może powodować subiektywne, niekomfortowe odczucie wahań ciepła, jeśli grzejniki okresowo ulegają wychłodzeniu lub nadmiernemu nagrzaniu.

Komfort cieplny pomieszczeń

Indywidualne dostosowanie ogrzewania do wymagań poszczególnych użytkowników następuje dzięki termostatom grzejnikowym z głowicą termostatyczną lub czujnik temperatury sterujący obiegiem ogrzewania podłogowego, a na skuteczność regulacji wpływa prawidłowe ich zamontowanie w taki sposób, aby reagowały na temperaturę otoczenia, a nie samego grzejnika. Najlepiej umieścić je w pozycji poziomej względem grzejnika, co ogranicza jego oddziaływanie na element termostatyczny.

Zestawy z głowicą termostatyczną WK. fot. IMI Hydronic Engineering
Zestawy z głowicą termostatyczną WK. fot. IMI Hydronic Engineering

Jeśli nie można zapewnić swobodnego opływania powietrze otoczenia wokół głowicy, wtedy instalowane są termostaty z czujnikiem wyniesionym - można go znacznie odsunąć od grzejnika. Ustawienie temperatury na głowicy przeprowadza się doświadczalnie, gdyż podane liczby tylko orientacyjnie odpowiadają rzeczywistej temperaturze w pomieszczeniu.

System regulacji temperatury w pomieszczeniach z ogrzewaniem podłogowym może być mniej lub bardziej rozbudowany przez elementy sterująco-pomiarowe zależnie od wielkości powierzchni, wymaganego rozkładu temperatur czy preferencji użytkownika. W najprostszym wariancie regulacja odbywa się poprzez zmianę temperatury zasilania pętli grzewczych na termostatycznym zaworze mieszającym, sterowanym ręcznie lub przez czujnik temperatury pomieszczenia uruchamiającym siłownik tego zaworu

autor: Cezary Jankowski

opracowanie: Aleksander Rembisz

zdjęcia: Uponor (zdjęcie główne), Viessmann, Galmet, IMI Hydronic Engineering, Auraton

Komentarze

FILMY OSTATNIO DODANE