Biura, hotele, szkoły, sklepy, obiekty sportowe i inne typy budynków zazwyczaj mają swoje pokoje, które można skutecznie ogrzewać za pomocą grzejników, takich jak konwektory, promienniki sufitowe lub promienniki podczerwieni.
W tych zastosowaniach „wygląd” urządzenia grzewczego jest równie ważny jak jego wydajność. Aby uzyskać odpowiednie połączenie dostosowania i wydajności, konwektory mogą być idealnym rozwiązaniem dla budynków o złożonych potrzebach grzewczych.
Co to jest grzejnik konwektorowy?
Grzejniki konwektorowe – zwane również grzejnikami konwekcyjnymi lub po prostu konwektorami – są grzejnikami „wymuszonymi” bez wentylatora, które wykorzystują konwekcję naturalną do przemieszczania ogrzanego powietrza z powrotem do klimatyzowanej przestrzeni – co czyni je znacznie cichszymi niż grzejniki wentylatorowe. Bez użycia wentylatora do przedmuchiwania powietrza konwektor jest doskonałym wyborem do minimalizacji cyrkulacji pyłu i pyłków, zapewniając lepsze środowisko przestrzenne.
Architekci spędzają niezliczone godziny na aranżacji wnętrz, tworząc we wszelakich przestrzeniach pożądaną atmosferę. Pomyśl o tym, w jaki sposób użycie światła oraz wybór koloru, wyposażenia i materiałów wpływa na atmosferę w holu hotelowym lub w sali konferencyjnej. W związku z tym urządzenia grzewcze muszą „wtapiać się” lub „uzupełniać” otaczające środowisko.
Jednocześnie inne jednostki z branży muszą pomagać architektom i inżynierom w rozwiązywaniu problemów związanych z ogrzewaniem, takich jak przeciwdziałanie przeciągom w zimnych pomieszczeniach w pobliżu okien, zmniejszenie kondensacji szkła i pomoc w rozwarstwieniu powietrza w przestrzeni.
Biorąc pod uwagę wszystkie te czynniki, nie ma jednego uniwersalnego rozwiązania grzewczego dla każdego budynku. Zamiast tego architekci i inżynierowie muszą rozwiązać swoje odrębne problemy z ogrzewaniem za pomocą dostosowywanych rozwiązań, aby zapewnić optymalną opłacalność i ogólną funkcjonalność.
Konwektory są idealne do stosowania w obszarach o dużych rozpiętościach okien, takich jak biura, szkoły i lobby hotelowe. Zwykle montowane na poziomie podłogi na ścianach zewnętrznych i pod oknami konwektory zapewniają ruch powietrza skierowaną w górę, aby przeciwdziałać zimnym prądom spadkowym i minimalizować kondensację.
Dostępne w różnych rozmiarach, konfiguracjach i kolorach konwektory oferują również wszechstronność projektowania i instalacji. Architekci i inżynierowie mogą wykorzystać konfigurowalne funkcje do opracowania konwektorów, które pasują do niestandardowych specyfikacji projektowych wnętrz, a także rozwiązać problemy z ogrzewaniem bez marnowania energii lub przestrzeni. Dostępne są modele, które można umieścić w rowie, umieścić w niestandardowych obudowach lub zamontować na wiele innych sposobów.
Konwektory mają szeroką gamę opcji zastosowania, od wbudowanych termostatów do sterowania poszczególnymi urządzeniami, po sterowane krzemem elementy sterujące prostownika (SCR), które można zintegrować z systemami zarządzania budynkiem (BMS).
Jak działa grzejnik konwekcyjny?
Wykorzystując naturalne zjawisko zwane „konwekcją”, powietrze w konwektorze jest podgrzewane, stając się mniej gęstszym niż otaczające chłodne powietrze, co umożliwia jego wzrost z powodu wyporu. Gdy ogrzane powietrze unosi się, chłodniejsze powietrze z podłogi jest wciągane do konwektora, tworząc stały przepływ. Umieszczając konwektory pod oknem, podgrzane powietrze unosi się i blokuje ciąg zimnego powietrza w dół, tworząc ogrzewaną kurtynę powietrzną.
Wszystkie konwektory zawierają dwa elementy, które współpracują ze sobą w celu bezpiecznego dostarczania ogrzanego powietrza do przestrzeni: jest to, element i limit przekroczenia temperatury.
Element przekształca energię elektryczną w ciepło, przepuszczając prąd elektryczny przez specjalnie zaprojektowany drut oporowy. Elementy stosowane w konwektorach są osłonięte metalem i zbudowane ze spiralnie zwijanego drutu oporowego otoczonego proszkiem izolacyjnym (tlenek magnezu, MgO) zamkniętym w metalowej osłonie.
Układy płetw są dodawane do pręta jego elementu, aby poprawić przenoszenie ciepła, tworząc efekt komina, kierując przepływ powietrza nad elementem i większą powierzchnię żeber, aby finalnie ogrzać powietrze. Większość grzejników konwekcyjnych ma aluminiowe żeberka połączone ciśnieniowo z prętem. Jednak wytrzymałe i przeciwwybuchowe konwektory mają dostosowane stalowe żeberka lutowane do pręta, aby lepiej sprostać wyższym wymaganiom.
Funkcja odpowiedzialna za nadmierną temperaturę, to „czujniki temperatury” umieszczone na elemencie lub w jego pobliżu, które przerywają dopływ prądu do elementu, jeśli wystąpi alarmujący – czyli gorący – stan. W konwektorach urządzenie ograniczające przekroczenie temperatury jest najczęściej aktywowane, gdy wlot lub wylot powietrza jest zablokowany przez draperie lub meble, powodując gromadzenie się ciepła.
Zastosowanie konwektora: kiedy, gdzie i jak
Konwektory są zwykle instalowane wzdłuż obwodu pomieszczeń, aby blokować strumienie powietrza spowodowane przez zimną ścianę zewnętrzną, chłodzącą powietrze obok niej, oraz w celu przeciwdziałania stratom transmisyjnym. W większości przypadków konwektory są montowane na poziomie podłogi wzdłuż zewnętrznej ściany i pod oknami, umożliwiając podniesienie ogrzanego powietrza z góry urządzenia i zablokowanie zimnego powietrza „”.
Konwektory wyciągną chłodniejsze powietrze z powierzchni podłogi, podgrzeją je, a następnie uwolnią w kierunku sufitu, gdzie stygną, opadając z powrotem na podłogę, aby zakończyć cykl. Ten efekt cykliczny lub obrotowy działa najlepiej w przypadku niskich i średnich sufitów o wysokości od 7 do 10 stóp.
Aby efektywnie ogrzewać budynki z dużymi powierzchniami wielopiętrowych okien, na każdym poziomie podłogi można zainstalować drugą serię konwektorów, aby zapobiec kaskadowemu efektowi zejścia. Podczas gdy rosnące ogrzane powietrze blokuje strumień dolny, zapewnia ono również kurtynę ciepłego powietrza, która działa jak bufor, zapobiegając utracie ciepła z przestrzeni do zimnej ściany.
W przypadku dobrze izolowanych budynków z niewielką ilością szkła zastosowanie bardziej kompaktowych konwektorów może być również dobrym rozwiązaniem. Grzejniki te byłyby montowane tylko pod oknem, co pozwoliłoby na zainstalowanie mniejszej liczby grzejników i obniżenie kosztów początkowych. Urządzenia te jednak nadal pełniłyby podwójną funkcję przeciwdziałania prądowi opadającemu i efektowi przenoszenia.
Ciepłe miejsce pracy
Budynki komercyjne od szpitali i domów opieki po szkoły, hotele i sklepy zawierają bogatą gamę zastosowań. Aby dostosować się do bardzo różnych środowisk w wymienionych obiektach, wielu producentów konwektorów oferuje różnorodne style i konfiguracje, w tym:
- Konwektory z przednim i dolnym wlotem
- Konwektorowe szafki podtynkowe
- Konwektory progowe
- Konwektory architektoniczne z elementami projektu, które pomagają im wtopić się lub uzupełnić większość wnętrz
Podobnie jak w zastosowaniach domowych, konwektory w zastosowaniach komercyjnych powinny być instalowane na ścianie zewnętrznej. W poszczególnych obszarach biurowych lub konferencyjnych najlepszym wyborem są wytrzymałe listwy przypodłogowe, konwektory barierowe lub konwektory komercyjne.
Duże, otwarte, wieloosobowe biura na obrzeżach są idealnym miejscem na wytrzymałe listwy przypodłogowe, barierę przeciwwiatrową lub komercyjne konwektory progowe i konwektory architektoniczne, jeśli powierzchnia okna nie znajduje się za blisko podłogi. Umieszczenie konwektora na całej długości zewnętrznej ściany eliminuje dyskomfort związany z efektem zimnej ściany dla osób znajdujących się w pobliżu.
Niezależnie od wielkości biura lub hali, jeśli w pomieszczeniu obecne jest szkło od podłogi aż po sufit, należy rozważyć zastosowanie konwektorów stojących.
Utrzymanie przytulnego domu
Ponieważ konwektory nie mają ruchomych części i wykorzystują naturalny przepływ powietrza zamiast automatycznego przepływu, idealnie nadają się do cichych pomieszczeń mieszkalnych. Dotyczy to sypialni i biur domowych, w których konwektory mogą być instalowane wzdłuż ścian zewnętrznych pod oknami, aby zapewnić cichy i delikatny przepływ ciepła.
Jednak instalując konwektor, specyfikatorzy i inżynierowie muszą przygotować przestrzeń ścienną do umieszczenia mebli i draperii, następnie konieczna jest lokalizacja gniazd elektrycznych, aby uniknąć niebezpiecznych zagrożeń. Konwektory z elektronicznymi elementami hydraulicznymi mają niższą temperaturę powierzchni niż standardowe konwektory, dzięki czemu są bezpiecznym wyborem do pokoju dziecinnego lub dziecięcego.
W przypadku piwnic standardowe konwektory powinny być instalowane wzdłuż ścian naziemnych, aby wyeliminować zimny prąd opadowy, a także pod oknami wzdłuż innych ścian. Piwnice z przegrodami wewnętrznymi powinny mieć grzejnik i termostat w każdym obszarze. W dużych otwartych piwnicach kilka mniejszych grzejników zapewni lepszą dystrybucję ogrzanego powietrza niż pojedyncza duża nagrzewnica. Ogrzewanie piwnicy ma tę dodatkową zaletę, że ogrzewa podłogę pomieszczeń powyżej, podnosząc poziom komfortu podłogi głównej.
Fabryki, magazyny…
Fabryki, magazyny, obiekty sportowe itp. budowle wymagają grzejników, które mogą wytrzymać wiele nadużyć, ale nadal będą działać poprawnie przy niewielkiej konserwacji urządzeń.
W toaletach, jadalniach, małych i średnich warsztatach z niskimi i średnimi sufitami, wysokosprawne konwektory o wysokim nachyleniu zapewniają równomierne ogrzewanie, ale są zaprojektowane taki sposób, że muszą funkcjonować w zalecanym trybie pracy, bez nadużyć.
Grzejniki konwekcyjne mogą zaspokoić potrzeby grzewcze praktycznie każdego budynku bez uszczerbku dla estetyki lub wydajności. Łatwo dostosowane do indywidualnych potrzeb rozwiązania konwekcyjne na zamówienie umożliwiają specyfikatorom i inżynierom łączenie grzejników z ich projektami bez marnowania energii i budżetu.
Uwagi do zastosowań mieszkaniowych
Ponieważ konwektory nie mają ruchomych części i wykorzystują naturalny przepływ powietrza zamiast automatycznego, idealnie nadają się do przestrzeni, w których hałas nie jest mile widziany. W sypialniach czy biurach domowych, w których konwektory mogą być instalowane wzdłuż ścian zewnętrznych pod oknami, mogą zapewnić ciche i łagodne ciepło.
Należy jednak zachować ostrożność, aby zapewnić wystarczającą przestrzeń na ścianie do umieszczenia mebli i draperii po zainstalowaniu konwektora. Ponadto należy wziąć pod uwagę lokalizację gniazd elektrycznych.
Uwagi dotyczące termostatu i sterowania
Oprócz określenia odpowiedniego typu konwektora do zastosowania w aplikacjach, inżynierowie i wykonawcy muszą również wziąć pod uwagę rodzaj termostatu. Termostaty są zintegrowane lub zdalne.
Zintegrowane termostaty są montowane fabrycznie lub na miejscu w nagrzewnicy i nie wymagają zewnętrznego okablowania sterującego, co zmniejsza koszty instalacji. Ponieważ jednak zintegrowane termostaty znajdują się na grzejnikach, zamontowanych na poziomie lub w pobliżu podłogi, najlepiej je stosować w pomieszczeniach, które zwykle nie są zajęte lub nie wymagają ścisłej kontroli temperatury.
Zdalne termostaty mogą być umieszczone w ogrzewanym pomieszczeniu, co wymaga dodatkowego kosztu okablowania między grzejnikiem a termostatem.
Nie umieszczaj termostatów na ścianach zewnętrznych, na których są już inne urządzenia wytwarzające ciepło.
Wytyczne dotyczące sterowania
Konwektory mogą być sterowane indywidualnie za pomocą wbudowanego termostatu za pomocą systemu automatyki. Przy określaniu układu sterowania należy wziąć pod uwagę wymagany stopień dokładności, a także zaprojektowane parametry przestrzeni. Obwody sterujące konwektorów mają albo niskie napięcie (24 VAC), albo napięcie sieciowe (zwykle napięcie zasilania grzałki).
Powszechną zasadą jest to, że elektroniczne termostaty rtęciowe 24VAC lub żarówki 24VAC są dokładniejsze niż standardowe bimetaliczne regulatory napięcia sieciowego. Lokalizacja w środku ogrzewanej przestrzeni jest najlepsza, ale należy pamiętać o odległości między grzejnikami a termostatem. Jeśli termostat znajduje się zbyt daleko od grzejników lub na jednym końcu długiego wąskiego pomieszczenia, spowoduje to nadmierne i słabe podgrzanie w przestrzeni budynku.
Odłącz przełącznik
Głównym celem odłącznika jest całkowite wyłączenie nagrzewnicy i zapewnienie dodatkowego bezpieczeństwa przed porażeniem prądem elektrycznym i zagrożeniem obrażeń ciała personelu pracującego przy nagrzewnicy.
Wyłącznik odłącza źródła energii elektrycznej do urządzenia. Odłączniki mogą znajdować się na grzejniku lub poza nim.
Uwaga: Do nagrzewnicy może być dostarczane więcej niż jedno źródło energii elektrycznej (tj. Oddzielny obwód sterujący), więc może być konieczne zlokalizowanie więcej niż jednego przełącznika, aby całkowicie odłączyć grzejnik od całej energii elektrycznej.
Przekaźnik energii
Przekaźniki mocy służą do sterowania obciążeniami elektrycznymi, które mogą być większe niż wartość znamionowa termostatu. Grzejniki o napięciu zasilania powyżej 277 VAC, o natężeniu prądu przekraczającym wartość znamionową termostatu, w których wymagana jest kontrola niskiego napięcia, wykorzystują przekaźniki mocy do sterowania mocą zasilania grzejnika.
W większości przypadków przekaźniki mocy stosowane w grzejnikach konwekcyjnych są jednobiegunowymi urządzeniami wyrzucającymi ze stykami o napięciu znamionowym do 600 V prądu przemiennego i cewką o napięciu od 24 do 277 V prądu przemiennego.
Cewka trzymająca jest zwykle kontrolowana przez termostat, system automatyki budynku lub inne urządzenie sterujące.
Przekaźnik transformatora
Przekaźniki te są kombinacją przekaźnika prądowego i zasilania do transformatora 24 V. Pomiędzy zamknięciem termostatu a stykiem przekaźnika występuje opóźnienie około 45 do 60 sekund.
Zaletą przekaźników transformatorowych jest ich cicha praca i fakt, że wymagane jest tylko jedno urządzenie. Istnieją jednak dwie znaczące wady.
Po pierwsze, więcej niż jeden przekaźnik może być kontrolowany przez jeden termostat, ale ponieważ każdy jest zasilany przez poprzedni przekaźnik, opóźniają się od przekaźnika do przekaźnika. Po drugie, ze względu na małą moc znamionową transformatorów, odległość między mocą transformatora a termostatem jest ograniczona (maksymalna zalecana odległość = 25 stóp, tj. 7,6 m).
Przekaźników transformatorowych nie można stosować w grzejnikach trójfazowych.
Sterowanie nieskończone (SCR)
Aby uzyskać dokładniejszą kontrolę, konwektory mogą używać SCR w celu utrzymania temperatury w pomieszczeniu poprzez modulowanie elementu od zera do stu procent. Taka metoda pozwala dostarczyć ilość ciepła niezbędną do utrzymania przestrzeni w temperaturze wybranej na termostacie. SCR generują znaczną ilość ciepła i dlatego są montowane na radiatorach. Ze względu na wielkość radiatorów są one dostarczane tylko w sekcjach kontrolnych linii progowej, cokołu i konwektorów architektonicznych.
Systemy kontrolne
System sterowania w swojej najbardziej podstawowej formie może zawierać tylko jedno urządzenie, takie jak termostat, odłącznik, przekaźnik mocy lub przekaźnik transformatora.
Jednak większość systemów sterowania jest bardziej skomplikowana, ponieważ często konieczne jest połączenie wielu elementów sterowania w jeden system, aby utrzymać poziom komfortu w pomieszczeniu.
O rozbudowanym systemie kontrolnym napiszemy w następnym artykule.