Zmiana rozmiarów grzejników w instalacji podczas termomodernizacji

Zmodernizowane zostaną także instalacje mediów w budynku, takie jak ogrzewanie, woda i wentylacja, a także instalacje elektryczne i telekomunikacyjne, aby były bardziej funkcjonalne i energooszczędne. Wykazano, że nawet w przypadku starych budynków roczne zużycie energii można zmniejszyć poniżej 75 kWh/(m2a).

W wyniku termomodernizacji starych budynków zapotrzebowanie na ciepło w pomieszczeniach znacznie się zmniejsza. Charakterystyczne jest, że zmienia się również stosunek zapotrzebowania na ciepło między różnymi pomieszczeniami, na przykład gdy dodatkowa izolacja termiczna nie zawsze może być zastosowana równomiernie we wszystkich pomieszczeniach. Ulepszona wentylacja często również wpływa znacząco na zmniejszenie zapotrzebowania w sąsiadujących pomieszczeniach. Z tych powodów należy przeprowadzić odpowiednie nowe obliczenia zapotrzebowania na ciepło dla budynku przeznaczonego do remontu.

Przykładem może być sytuacja w typowych niskich budynkach z lat pięćdziesiątych i sześćdziesiątych, w których zużycie energii zazwyczaj przekracza 250 kWh/(m²a).
Porównanie obejmuje pomieszczenia o podobnych wymiarach na trzech kondygnacjach budynku.

Rysunek 1: Podobne pomieszczenia zlokalizowane jedno nad drugim na trzech kondygnacjach.

Obliczenia zapotrzebowania na ciepło opierają się na wytycznych zawartych w części dotyczącej efektywności energetycznej 2018 fińskiego kodeksu budowlanego. Wartości wyjściowe dla starego budynku zaczerpnięto z załącznika do Przewodnika po certyfikatach energetycznych Ministerstwa Środowiska 2018 — typowe rzeczywiste wartości projektowe dla istniejących starych budynków.

Uwaga! W przykładzie obliczeń jako nowy układ wentylacji wybrano wentylację nawiewno - wywiewną. Alternatywnie, wentylację można uzyskać za pomocą jednokierunkowego systemu wentylacji, w którym ciepło powietrza wywiewanego jest przekazywane do ogrzewania i ciepłej wody użytkowej za pomocą pompy ciepła na powietrzu wywiewanym. W tym przypadku stare grzejniki są wymieniane na grzejniki z nawiewem świeżego powietrza.

 

Wartości obliczeniowe Powierzchnie [m2]	Stary stan początkowy	Stan po remoncie
Powierzchnia podłogi	20	20
Ściana zewnętrzna	7	7
Okno 2,0x1,5	3	3
poziom parteru, piętra i poddasza	20	20
Wysokość pomieszczenia [m]	2,5	2,5

 

 

Wartości U, [W/(m2K)]
Ściany zewnętrzne	0,8	0,17 (+15 cm dodatkowej izolacji)
Okna i drzwi zewnętrzne	3,0	1,0
Poddasze	0,5	0,1 (+25 cm dodatkowej izolacji)
Parter	0,5	0,5 (bez dodatkowej izolacji, na gruncie)
Wentylacja [1/godz].	0,5 (grawitacyjna)	0,5 (odzysk ciepła ≥ 80%)

 

Inne dane wejściowe

• Mostki cieplne i przepływy powietrza zgodnie z instrukcją obliczeniową.
• Temperatura obliczeniowa wewnątrz 21°C i na zewnątrz -26°C
  
  

Zapotrzebowanie na ciepło [W]	Stan pierwotny	Stan po remoncie	% pierwotnego zapotrzebowania
Parter	1304	429	33%
Piętro	1119	244	22%
Poddasze	1604	353	22%

Wnioski

- Gdyby zachowano stare grzejniki, pomieszczenie na pierwszej kondygnacji (parter) wymagałoby o 50% większej mocy (33%/22% = 1,50) niż pomieszczenia na pozostałych kondygnacjach. Regulacja temperatury zasilania, krzywa grzewcza, jest ustawiana zgodnie z najwyższym zapotrzebowaniem temperatury, tj. zgodnie z wymaganiami pomieszczenia na pierwszej kondygnacji. W tym przypadku inne pomieszczenia otrzymują zbyt duży strumień czynnika grzewczego, co prowadzi do ciągłej pracy termostatów w trybie otwórz - zamknij, wahań temperatur w pomieszczeniach i braku równowagi w instalacji grzewczej.

- Jeśli chodzi o efektywność energetyczną, zwłaszcza w przypadku stosowania pompy ciepła do wytwarzania ciepła, zaleca się wymianę niedowymiarowanego grzejnika na pierwszej kondygnacji na grzejnik o 50% większy i tym samym wydajniejszy, aby umożliwić regulację temperatury zasilania na niższym poziomie krzywej grzewczej i równomiernie na wszystkich grzejnikach.

Zalecenia

Instalacja grzewcza powinna być ponownie obliczona i zwymiarowana, a zawory układu zmodernizowane przy remoncie budynku w celu osiągnięcia poziomu efektywności budynku o niemal zerowym zużyciu energii. Zmieniło się kilka czynników: zapotrzebowanie na ciepło, dystrybucja ciepła, poziomy temperatury i przepływy wody oraz być może nowy sposób wytwarzania ciepła (wymiana źródła ciepła). Zazwyczaj zachowuje się piony i rury przesyłowe, zawory regulacyjne statyczne są wymieniane na zawory dynamiczne różnicy ciśnień zgodnie z nowym doborem, a grzejniki są wyposażone w zawory termostatyczne z nowymi nastawami wstępnymi.

Rysunek 2. Odpowiednio zwymiarowany grzejnik ma dużą powierzchnię oddawania ciepła. Wymiana grzejników jest ułatwiona, gdy wymieniane są także rury łączące piony z zaworami grzejnikowymi (zasilanie i powrót).

W wielu przypadkach stare grzejniki są wymieniane na nowe. W ten sposób można optymalnie dobrać temperatury projektowe zarówno dla instalacji grzewczej, jak i źródła ciepła. Wymiana wszystkich emiterów ciepła w budynku w tym samym czasie zmniejsza przyszłe potrzeby w zakresie wymiany poszczególnych grzejników. To rozwiązanie makroekonomiczne. Nowe grzejniki podnoszą również estetykę pomieszczeń.

Zalecane temperatury projektowe w instalacji grzewczej

• Pompy ciepła 45/35/20°C
• Kotły 55/45/20°C
• Sieć miejska 75/65/20°C

Niektóre dane tabelaryczne związane z porównaniem mocy wyjściowej grzejnika.

Rysunek 3: Zależność stosunku mocy grzejnika k od nadwyżki temperatury ΔT. Na przykład moc grzewcza grzejnika w starym budynku wynosi 1304 W przy temperaturach T_z/T_p/T_i = 80/60/21^oC, gdzie ΔT = 48,3 K. Po remoncie zapotrzebowanie na ciepło w stanie odniesienia wynosi 429 W, czyli 33% starego. Zgodnie z przykładem przedstawionym na rysunku w punktach od 1 do 4, nowa różnica temperatury wynosi ΔT20,5K, przy której jest wymagane 429 W. Odpowiednie temperatury to na przykład 50/35/20^oC (ΔT21.6K) i 45/39/20^oC (ΔT21.9K).
Wartość referencyjna k = 1,0 dla ΔT50K na wykresie odnosi się do mocy cieplnej grzejnika zgłoszonej zgodnie z normą EN 442.

Typ	10	11	20	21	22	30	33
Współczynnik korekcyjny	1,00	1,59	1,75	2,12	2,64	2,40	3,63

Rysunek 4: Współczynniki mocy grzejników płytowych w zależności od typu grzejnika. Oznaczenie typu opisuje liczbę płyt i konwektorów. Np. typ 21 oznacza, że grzejnik ma dwie płyty grzewcze i dodatkowo jeden konwektor. Na przykład moc grzejnika typu 22 jest 2,64 / 1,59 = 1,67 razy większa niż moc grzejnika typu 11 przy tych samych wymiarach długości / wysokości.

Wysokość	300	400	450	500	600	900
Współczynnik korekcyjny	1,00	1,25	1,37	1,45	1,70	2,31

Rysunek 5: Współczynniki mocy grzejników płytowych w zależności od wysokości. Na przykład grzejnik tego samego typu o wysokości 600 mm i szerokości jest 1,70 / 1,25 = 1,36 razy wyższy niż grzejnik o wysokości 400 mm. Moc grzejników płytowych jest liniowo proporcjonalna do ich długości.

Wartości przedstawione na rysunkach 3, 4 i 5 można wykorzystać do wstępnych założeń. Zaleca się jednak stosowanie bardziej precyzyjnych programów obliczeń mocy, które są publikowane na przykład przez producentów grzejników.
_______________________________________________________________________________________
1. Na przykład informacje z krzywej grzewczej i doświadczeń producenta.