Grzejniki stosowane obecnie najczęściej w budownictwie mieszkaniowym mogą być wyprodukowane z różnych materiałów jak: blacha stalowa (grzejniki płytowe stalowe), stop aluminium odlewany ciśnieniowo lub wytłaczany (grzejniki aluminiowe) oraz coraz rzadziej wybierane już przez klientów – ze stopu żeliwa (grzejniki żeliwne).
Budowa grzejników w zależności od zastosowanego materiału
Stalowe
Najbardziej rozpowszechnionym grzejnikiem występującym na naszym rynku instalacyjnym jest grzejnik stalowy płytowy (fot 1). Jest on wykonany z surowca podstawowego, jakim jest arkusz blachy stalowej, wytłaczanej przez prasę i zgrzewanej na linii produkcyjnej. Widać na nim „wybrzuszenia” pionowe, nazywane kanałami wodnymi, połączone za pomocą poziomego kanału na górze i na dole. Nimi płynie czynnik grzewczy, który jest rozprowadzany po całej płycie grzewczej, a którym jest woda podgrzana przygotowana przez źródło ciepło. W trakcie jej ochładzania następuje wymiana ciepła na drodze czynnik-materiał, a następnie materiał-otoczenie. Do płyty grzejnej mogą być przymocowane arkusze faliście wytłoczonej blachy, czyli tzw. konwektor, który zwiększa moc grzejnika blisko o 60% poprzez ogrzewanie się przepływającego wzdłuż niego powietrza (wynik na podstawie grzejnika 2-płytowego typ: 22 i 20 o wysokości 600 mm i długości 1000 mm).
Urządzenia grzewcze występują w czterech wariantach – jednopłytowym, dwupłytowym, trzypłytowym i czteropłytowym i są oznaczone dwucyfrowym symbolem. Pierwsza cyfra oznacza liczbę płyt, z których grzejnik jest zbudowany, druga cyfra odpowiada zaś liczbie konwektorów:
• dla grzejnika jednopłytowego bez konwektora będzie to liczba 10;
• grzejnik jednopłytowy z jednym konwektorem będzie miał symbol 11;
• grzejnikami składający się z samych dwóch płyt – 20, z jednym konwektorem – 21 lub 12, z dwoma konwektorami – 22;
• grzejnik trzypłytowy bez ożebrowania – 30;
• urządzenie z trzema konwektorami a dwoma płytami grzewczymi – 23 lub 32,
• z ożebrowaniem – 33,
• 44 – cztery płyty grzejne, pomiędzy którymi są cztery konwektory.
Aluminiowe
Na fot. 2 pokazano przykładowy grzejnik aluminiowy. Pokazuje on wszystkie elementy grzejnika: przednią, czołową część, dwa poziome kanały wodne, pionowe kanały wodne, ożebrowanie konwekcyjne (żeberka), wyloty powietrza skonstruowane w sposób mający za zadanie kierowanie powietrza w stronę pomieszczenia. Jest to jedna z cech charakterystycznych, która w subtelny sposób odróżnia go od innych urządzeń grzewczych, a która wykonywana jest jako opcja standardowa.
Żeliwne
Te akurat grzejniki na pewno są dobrze rozpoznawalne przez osoby z dłuższym doświadczeniem zawodowym, którzy pamiętają jeszcze typowe „żeberka” montowane w blokach wielorodzinnych zbudowanych z wielkiej płyty. Jak widać jest on zbudowany z tzw. członów (fot. 3).
Różnice w sposobie przekazywania ciepła
Subtelną przewagą grzejników aluminiowych, jeśli chodzi o zastosowanie wyprofilowanego wylotu powietrza ciepłego w stronę pomieszczenia, jest fakt, że w grzejnikach płytowych i żeliwnych, identyczną funkcję można uzyskać poprzez stosowanie parapetów, które montuje się nad grzejnikiem, przy zachowaniu wymaganego odstępu, a które są „kierownicą” dla wydobywającego się ogrzanego powietrza i kierują go do środka pomieszczenia.
W prawie wszystkich grzejnikach zasada ich działania jest bardzo podobna. Mianowicie opiera się na przekazywaniu ciepła do pomieszczenia na drodze konwekcji, czyli ogrzewaniu przepływającego powietrza oraz na promieniowaniu (ogrzewaniu powierzchni otaczających). Stosunek konwekcji do promieniowania zmienia się w zależności od konstrukcji grzejnika i systemu ogrzewania, np. ogrzewanie powietrzne jest to bardziej ogrzewanie konwekcyjne, a ogrzewanie ścienne czy też podłogowe charakteryzuje się dużym udziałem promieniowania. Sprawia to, że dla każdego grzejnika obowiązują różne zależności mocy cieplnej od temperatury powierzchni grzejnej lub różnicy temperatury grzejnika i w pomieszczeniu. Ta zależność jest opisywana przez charakterystykę cieplną grzejnika – Φ = Km ∙ ∆Tn; gdzie wykładnik potęgowy n dla każdego typu grzejnika mówi o tym, jak mocno oddawanie ciepła przez grzejnik zależy od różnicy temperatury grzejnik – pomieszczenie. Im wartość jest bliższa 1,0, tym bardziej jest liniowa zależność oddawania ciepła przez powierzchnię grzejną od średniej różnicy temperatury powierzchni grzejnika i temperatury w pomieszczeniu.
Proces produkcji
Grzejniki stalowe płytowe produkowane są wieloetapowo. Pierwszy etap produkcji jest to wytworzenie grzejnika surowego, na który to proces składa się między innymi: magazynowanie blachy, tłoczenie paneli, zgrzewanie wielopunktowe stali, zgrzewanie konwektora (jeżeli nie jest to wersja higieniczna – bez elementów konwekcyjnych), zgrzewanie krawędzi grzejnika elektrodami krążkowymi, zgrzewanie króćców przyłączeniowych, zaczepów (jeśli potrzeba) oraz elementów wzmacniających konstrukcję. Drugim etapem jest proces malowania polegający na początku na przygotowaniu powierzchni (mycie, odtłuszczanie, fosforanowanie żelazowe powierzchni, płukanie) podczas przejazdu przez myjkę z zainstalowanym układem natryskowym z użyciem specjalnych środków chemicznych. Następnie grzejnik poddawany jest malowaniu podkładowemu metodą kataforezy II generacji (tylko nieliczni wprowadzili taką metodę, większość używa starszej metody). Polega ona na zanurzeniu całych grzejników w farbie podkładowej koloru białego, co zapewnia doskonałe zabezpieczenie przed korozją. Kolejną fazą jest suszenie w komorze okapywania i tunelowej suszarce gazowej. Po tym zabiegu grzejnik jest malowany epoksydową farbą proszkową, przez napylenie jej na powierzchnię metodą elektrostatyczną w kabinie lakierniczej. Na końcu etapu jest on poddawany polimeryzacji, czyli utwardzaniu naniesionej warstwy farby proszkowej w czasie przejazdu przez piec gazowy, w którym temperatura sięga około 190˚C.
Elementy aluminiowe – tzw. człony, są wykonane ze stopu aluminium odlewanych ciśnieniowo lub wytłaczanych. Sam proces ich malowania przebiega w dwóch etapach. Pierwszy polega na położeniu warstwy lakieru metodą anaforezy mającej na celu ochronę grzejnika, a drugi etap to malowanie lakierem proszkowym nadającym ostateczny wygląd. Większość producentów grzejników aluminiowych oferuje gotową liczbę fabrycznie skręconych członów po kilka do kilkunastu, za pomocą specjalnych nypli, tworząc tym samym jedną całość. Oczywiście podczas dalszej eksploatacji można te człony rozkręcić lub dokręcić nowe.
Natomiast żeliwo to wysokowęglowy stop żelaza z węglem, gdzie może jeszcze występować z krzemem, manganem, fosforem, siarką i innymi składnikami. Zawiera od 2,11 do 6,67% węgla w postaci cementytu lub grafitu. Występowanie konkretnej fazy węgla zależy od szybkości chłodzenia i składu stopu. Żeliwo otrzymuje się przez przetapianie surówki z dodatkami złomu stalowego lub żeliwnego w piecach zwanych żeliwniakami. Tak powstały materiał stosuje się do wykonywania odlewów. Wyroby odlewnicze po zastygnięciu, by usunąć ewentualne ostre krawędzie i pozostałości formy odlewniczej, poddaje się szlifowaniu. Odlew poddaje się także procesowi sezonowania, którego celem jest zmniejszenie wewnętrznych naprężeń, które mogą doprowadzić do odkształceń lub uszkodzeń wyrobu.
Moc cieplna, pojemność wodna, ciężar
Grzejnik ma za zadanie pokryć straty ciepła w pomieszczeniu i utrzymać poziom wymaganej temperatury w pomieszczeniu. Na jego wydajność cieplną decydujący wpływ mają parametry czynnika grzewczego: temperatura zasilania (Tz) i temperatura powrotu (Tp). Na wykresie na następnej stronie pokazano wydajności cieplne grzejników: stalowego (kolor zielony), aluminiowego (kolor niebieski) i żeliwnego (kolor brązowy) przy parametrach instalacji 75/65˚C w zależności od jego długości. Wielkości grzejników przyjętych do wykonania wykresu także wzięte zostały na postawie ich podobnych rozmiarów: grubość około 10 cm i wysokość w granicach 550 mm.
Wszyscy producenci urządzeń grzewczych zobligowani są do podawania w swoich materiałach technicznych wydajności produktu przy parametrach 75/65˚C przy założeniu, że w pomieszczeniu temperatura jest równa 20˚C (Ti). Dla grzejników aluminiowych i żeliwnych wartość ta podawana jest na 1 człon lub także na 1 m.b. grzejnika.
Zachowując te same założenia pod względem długości i wysokości: dla grzejnika stalowego typ 22 o wysokości 550 mm i długości 1200 mm; dla grzejnika aluminiowego 15 członów o szerokości 80 mm (co daje sumarycznie 1200 mm) i wysokości 558 mm; dla grzejnika żeliwnego 20 członów o szerokości 60 mm (co daje sumarycznie 1200 mm) i wysokości 580 mm, można zrobić porównanie pod względem pojemności wodnej oraz ciężaru grzejnika, nie wliczając wody. Dane zostały pokazane w tabeli poniżej.
Niewątpliwą zaletą grzejników aluminiowych jest ich ciężar oraz pojemność wodna w stosunku do innych porównywanych modeli. Jednakże każdy grzejnik ma swoje plusy i minusy. W grzejnikach aluminiowych nie można zbytnio „poszaleć” w kwestiach ich grubości, w szczególności gdy podczas doboru mamy ograniczenia pod względem długości, ponieważ jest to np. jakaś wnęka, w którą należy grzejnik wpasować. Takich ograniczeń nie ma wsród grzejników stalowych i żeliwnych – mamy do wyboru wiele wariantów wśród różnych modeli.
Drugą rzeczą jest sam materiał. Jak wiadomo grzejniki wykonane z stopu aluminium są bardziej podatne na uszkodzenia mechaniczne i łatwiej spowodować ich uszkodzenie podczas montażu, jak i również podczas dalszej eksploatacji, co z kolei praktycznie nie dotyczy grzejników stalowych i żeliwnych.
Dobór wielkości grzejnika do różnych pomieszczeń dla różnych parametrów instalacji
Mając na uwadze modny ekologiczny trend w instalacjach grzewczych, jakim są niskotemperaturowe układy centralnego ogrzewania, bazujące na niezbyt wysokiej temperaturze zasilania (np. 45 lub 40ºC, a nawet mniej) prześledźmy wielkości grzejników do różnych przykładowych pomieszczeń.
Przykład. Pomieszczenie 10 m2 – parametry 75/65, 70/50, 55/45, 40/30; wskaźnik obciążenia cieplnego 100 W/m2, 70 W/m2, 50 W/m2 – dobierana wielkość grzejnika jest praktycznie stałą (grubość około 10 cm – poza nielicznymi odejściami od reguły)
Jak widać na podstawie danych tabelarycznych wraz ze zmniejszaniem się parametrów instalacji wzrastają rozmiary samych grzejników. A w przypadku parametrów niskich w granicach 40˚C na zasileniu ich długość wzrasta znacznie. Dlatego dobrym rozwiązaniem jest, że dany typ grzejnika ma różne wielkości (grubość, wysokość), jeśli już nie starcza nam długości lub jesteśmy przez nią ograniczeni. W tabelach podano przykładowy dobór wielkości, ale można było także, właśnie poprzez zmianę typu z np. 22 na typ 33 (grzejniki stalowe) zmniejszyć jego całkowitą długość i zamiast długości przekraczających znacznie 2000 mm zejść poniżej 1800 mm na rzecz samej grubości. To samo dotyczy grzejnika żeliwnego, gdzie podczas doboru można skorzystać z innych grubości grzejnika i zamiast rozmiaru 110 można wybierać wymiar grubości 160 lub 220, co spowoduje znaczne zmniejszenie samego grzejnika pod względem całkowitej długości.
Rzeczą, którą także można zaobserwować na podstawie tabel, jest porównanie wielkości samego grzejnika w zależności od wskaźnika obciążenia cieplnego. Na dzisiejszym rynku instalacyjnym (materiałowym) dostępne są coraz lepsze materiały budowlane i izolacyjne, które powodują znaczne zmniejszenie tej danej sięgające już nawet poniżej 50 W/m2. Ma to bezpośrednie przełożenie na samą wielkość grzejnika i jak widać nawet przy niskich parametrach instalacji (pompy ciepła, kotły kondensacyjne) dane grzejniki spełniają swoją funkcję i są w stanie dostarczyć wymaganą ilość ciepła potrzebną do odczucia komfortu cieplnego przez użytkowników.
