Ogrzewanie nadmuchowe hali produkcyjnej - wytyczne i charakterystyka

Jednym z najczęściej wykorzystywanych sposobów ogrzewania hal produkcyjnych jest system zintegrowany z centralną wentylacją, w którym ogrzewanie nadmuchowe współpracuje z centralą klimatyzacyjną umożliwiającą wymaganą obróbkę powietrza (filtracja, nawilżanie, chłodzenie).

Spis treści

1. Ogrzewanie nadmuchowe - zasada działania
2. Nagrzewnice - sposoby zasilania
3. Urządzenia w systemie ogrzewania nadmuchowego
4. Wskazówki projektowe systemu ogrzewania
5. Zalety i wady systemu ogrzewania nadmuchowego

Efektywna eksploatacja hal produkcyjnych często wymaga okresowego szybkiego obniżania i podwyższania temperatury wewnętrznej, co wskazuje na konieczność wykorzystania systemów ogrzewania o małej bezwładności cieplnej. Z kolei możliwość kontrolowania jakości powietrza wentylacyjnego, a jednocześnie niekorzystna dodatkowa emisja hałasu wpływają na komfort przebywających w hali ludzi, a tym samym pośrednio na wydajność ich pracy.

Ogrzewanie nadmuchowe - zasada działania

Jednym z najczęściej wykorzystywanych sposobów ogrzewania hal produkcyjnych jest system zintegrowany z centralną wentylacją, w którym ogrzewanie nadmuchowe współpracuje z centralą klimatyzacyjną umożliwiającą wymaganą obróbkę powietrza (filtracja, nawilżanie, chłodzenie).

W celu zapewnienia efektywnego ogrzewania hali niezbędny jest prawidłowy rozdział powietrza. Do jego skutecznej dystrybucji na duże odległości stosowane są nawiewniki szczelinowe lub dysze dalekiego zasięgu. Takie rozwiązania wykorzystuje się w obiektach, w których wymagane jest utrzymanie określonych parametrów powietrza w danych strefach.

Innym urządzeniem są centrale bezkanałowe, składające się z jednostki zewnętrznej, montowanej na dachu hali, oraz wewnętrznej (podstropowej), umieszczanej w ogrzewanym i wentylowanym pomieszczeniu. Ważnym elementem tych systemów są przepustnice regulacyjne, które pozwalają na realizację różnych trybów pracy centrali oraz odzysk ciepła (recyrkulację i rekuperację).

W obu przypadkach obieg powietrza wymuszany jest przez wentylator, a ochłodzone powietrze z wnętrza hali kierowane jest na wymiennik ciepła, skąd po ogrzaniu trafia z powrotem do konkretnej przestrzeni lub pomieszczenia. Do powietrza wewnętrznego w sposób kontrolowany może być domieszane (w ramach tzw. recyrkulacji) zewnętrzne świeże powietrze. Dobrze zaprojektowany nawiew powietrza gwarantuje równomierny pionowy rozkład temperatury i jest w stanie stabilizować ją na komfortowym poziomie 18–20°C.

Rekuperacja z kolei to proces odzysku ciepła z powietrza usuwanego z ogrzewanych pomieszczeń, realizowany w wymienniku ciepła w centrali wentylacyjnej. Nawiewniki dalekiego zasięgu pozwalają względnie szybko wymieszać podgrzane powietrze z chłodniejszym w obrębie całego budynku po przerwie w ogrzewaniu.

Zaletą tego systemu jest niemal natychmiastowa emisja ciepła do pomieszczenia z możliwością jego wentylacji oczyszczonym powietrzem, z kontrolowanym udziałem powietrza świeżego w zależności od pory roku, oraz w razie potrzeby łatwość przekierowania strumienia powietrza na inne stanowisko pracy. Wadę stanowi podwyższony koszt wynikający z zastosowania wentylatora i zużycie energii pomocniczej do jego napędu.

Nagrzewnice - sposoby zasilania

Nagrzewnice mogą być zasilane przez wodę, parę, gaz, olej lub energię elektryczną. W modelach wodnych i parowych powietrze ogrzewane jest przez gorący czynnik przepływający przez wymiennik ciepła. Urządzenia te pozwalają uzyskiwać powietrze o ściśle określonych parametrach oraz nadawać strumieniom różne zasięgi i kierunki. Niektóre modele przystosowane są także do zasilania wodą lodową, co w okresie letnim umożliwia chłodzenie pomieszczeń hali.

• Zobacz też: Nagrzewnice - gazowe, elektryczne czy olejowe? Jak dobrać nagrzewnice do potrzeb?

W przypadku nagrzewnic wodnych nie ma szczególnych ograniczeń w ich użyciu poza wytycznymi co do emisji hałasu oraz ochrony przed zamarzaniem. W nagrzewnicach gazowych i olejowych ciepło przekazywane jest do wymiennika przez gorące spaliny powstające w procesie spalania. Istotną zaletą tego rodzaju instalacji jest możliwość natychmiastowego rozpoczęcia ogrzewania pomieszczenia, w przeciwieństwie do urządzeń wodnych, które mają dużą bezwładność cieplną. Wprawdzie nie trzeba doprowadzać do nich pary lub wody, ale należy je podłączyć do instalacji gazowej bądź olejowej oraz do układu odprowadzenia spalin. Do regulacji strumienia powietrza wykorzystywane są automatycznie sterowane urządzenia wylotowe lub nawiewniki wirowe.

Urządzenia w systemie ogrzewania nadmuchowego

• Aparaty grzewczo-wentylacyjne

Ich dużą zaletą jest możliwość pracy nie tylko w trybie grzewczym, lecz także chłodzącym. Szybko nagrzewają powietrze, które rozprowadzane jest po całym pomieszczeniu, a ponadto istnieje możliwość skierowania nadmuchu na wybrany punkt. Nagrzewnice mogą być przenośne lub montowane na stałe – stojące lub wiszące.

Najpopularniejsze są modele ogrzewane przez wodę (konieczne jest wykorzystanie instalacji centralnego ogrzewania) i gaz, drugi wybór stanowią nagrzewnice olejowe i elektryczne, z uwagi na większe koszty oleju i prądu. Kolejną zaletą nagrzewnic są ich niewielkie wymiary, a ponadto działają podobnie, niezależnie od źródła ciepła czy modelu urządzenia (wolnostojący, zawieszony na słupach bądź pod stropem).

Mogą pracować wyłącznie na powietrze wewnętrzne, zewnętrzne albo z recyrkulacją. Należy pamiętać, że nawet prawidłowo zaprojektowana nagrzewnica zlokalizowana zgodnie z zaleceniem producenta w praktyce może nie spełnić swojej funkcji z powodu przeciągów powstających w trakcie otwierania i zamykania bram oraz ruchu pojazdów. Parametry pracy tych urządzeń określa projektant i zależą one od przeznaczenia danego obiektu.

• Generatory ciepłego powietrza

Generatory ciepłego powietrza opalane olejem, biomasą lub węglem typu ekogroszek należą do bardzo skutecznych systemów ogrzewania hal. Przekazują energię chemiczną zawartą w paliwie bezpośrednio do powietrza, bez udziału wody jako grzewczego czynnika pośredniczącego. Płomień i spaliny pochodzące z procesu spalania podgrzewają powietrze, które następnie jest tłoczone do pomieszczenia za pomocą wentylatora o dużej wydajności, najczęściej przez specjalną kierownicę lub przy użyciu rękawów czy rur powietrznych.

• Kurtyny powietrzne

Należą do specyficznych urządzeń grzewczych, których rolą jest ograniczenie wypływu ciepłego powietrza z hali (albo zmniejszenie napływu zimnego). Jako bariera dla powietrza napływającego z zewnątrz mogą być montowane nad bramą czy drzwiami (poziomo) lub obok wejścia (pionowo). Zadaniem kurtyn jest zmniejszenie różnicy temperatury po obu stronach wejścia i eliminowanie efektu przeciągu w przestrzeni wewnętrznej. Są to urządzenia o działaniu lokalnym i małej bezwładności cieplnej.

Czytaj więcej: Bramy i kurtyny przemysłowe wewnętrzne - klasyfikacja, montaż, zastosowanie

• Destratyfikatory powietrza

Urządzenia te same nie wytwarzają ciepła, a jedynie wspomagają system ogrzewania poprzez wywołanie mieszania się mas powietrza o różnej temperaturze. Dzięki destratyfikatorom ciepłe powietrze zgromadzone pod sufitem jest przemieszczane do chłodniejszych stref zlokalizowanych niżej czy wręcz przy samej podłodze. Pozwala to uzyskać równomierny pionowy rozkład temperatury w obrębie całej hali. Najlepiej sprawdzają się w obiektach wysokich (powyżej 6 m) – dzięki realizacji odzysku ciepła pozwalają znacznie zmniejszyć koszty ogrzewania.

Wskazówki projektowe systemu ogrzewania

Projektując system ogrzewania nadmuchowego, należy jednocześnie zapewnić prawidłowe odprowadzanie zanieczyszczonego powietrza z miejsc emisji, ograniczając jego rozprzestrzenianie się w hali, i zapewnić dopływ odpowiednio oczyszczonego oraz uzdatnionego powietrza na potrzeby pracowników.

Trzeba rozważyć i zaplanować pracę zarówno wentylacji wywiewnej miejscowej (stanowiskowej) oraz ogólnej, jak i nawiewnej, a także odpowiednio zbilansować strumienie powietrza nawiewanego i usuwanego. Kluczową sprawą jest również właściwe usytuowanie nawiewników i wywiewników w pomieszczeniach hali oraz dobór pozostałych urządzeń (wentylatorów, central, aparatów wentylacyjnych, przewodów, odpylaczy, filtrów itd.).

Projektowanie wentylacji musi być jednocześnie zgodne z wymaganiami prawnymi zamieszczonymi w odpowiednich rozporządzeniach i normach. Dokładna znajomość procesów technologicznych, rozmieszczenia źródeł zanieczyszczeń, ich rodzaju, ilości oraz sposobu rozprzestrzeniania, a także miejsc, w których występują najwyższe ich stężenia, stanowi podstawę do podjęcia decyzji dotyczącej rozwiązania wentylacji, lokalizacji odciągów miejscowych (stacjonarnych lub mobilnych) oraz nawiewników i wywiewników wentylacji ogólnej. Należy pamiętać, że jakość dostarczanego powietrza jest uwarunkowana nie tylko względami higienicznymi, ale również specyfiką procesów technologicznych. Może się zdarzyć, że to właśnie z tego powodu do hali trzeba będzie dostarczyć powietrze o konkretnych parametrach lub zastosować lepsze filtry.

Ważnym aspektem ogrzewania dużych powierzchni jest rozmieszczenie urządzeń grzewczych w obiekcie. Niektóre podlegają ścisłym obostrzeniom co do miejsca montażu, wynikającym ze specyfiki ich funkcjonowania. Należy koniecznie zapoznać się z zaleceniami producenta i zawsze ich przestrzegać. Urządzenia pracujące w grupie powinny być montowane w taki sposób, aby zoptymalizować pracę całego układu. Każdy projekt dla hal produkcyjnych jest niepowtarzalny i wymaga osobnej analizy.W przypadku hal przemysłowych największym wyzwaniem dla projektanta są duże powierzchnie, kubatury i wysokości tych obiektów.

Lekka konstrukcja, zagospodarowanie wnętrza hali, specyficzne wymagania inwestora czy dostępne w danej lokalizacji nośniki energii mają także wpływ na zapewnienie użytkownikom komfortu cieplnego przy jednoczesnym spełnieniu określonych wymagań dotyczących procesów technologicznych. Kolejną sprawą jest okresowość użytkowania i tzw. nieustalona wymiana ciepła, związana z otwieraniem dużych bram i częstym intensywnym przewietrzaniem hali.

Aby system ogrzewania odznaczał się wysoką efektywnością energetyczną, musi zatem szybko reagować na zmieniające się chwilowe obciążenie cieplne, czyli mieć małą bezwładność cieplną. Należy sprawdzić, czy większe oszczędności uzyskamy wyłączając zupełnie ogrzewanie w okresie nocnym, podczas nieobecności pracowników, czy też jedynie obniżając (w sposób kontrolowany) temperaturę w tych okresach do poziomu tzw. temperatury dyżurnej.

• Czytaj też: Jak obniżyć koszty utrzymania hali magazynowej?

Minimalizowanie strat ciepła, czyli wysoka szczelność i właściwe ocieplenie (zwłaszcza dachu), pomaga skrócić czas nagrzewania i utrzymać wymaganą temperaturę w danej strefie hali. Dobrym rozwiązaniem są kurtyny powietrzne zapobiegające nadmiernemu wyziębianiu wnętrza, spowodowanego częstym otwieraniem drzwi czy bram.

W halach przemysłowych zazwyczaj wydziela się strefy stanowisk pracy i obsługi urządzeń, strefę socjalną, biurową lub inne, np. tzw. strefy czystości. W tych miejscach znaczenia nabiera możliwość obróbki powietrza wentylacyjnego: filtracji, nagrzewania lub chłodzenia, nawilżania lub osuszania, a także sterowania jego ilością czy wreszcie zastosowanie odzysku ciepła lub chłodu. W strefie pracy maszyn należy zapewnić inne warunki niż w strefie pracy i przebywania ludzi, nie można zapominać przy tym o konieczności uwzględnienia wymagań ppoż.

Procesy produkcyjne realizowane w halach przemysłowych są najczęściej źródłem podwyższonego poziomu hałasu, dlatego instalacja ogrzewania powinna funkcjonować w miarę cicho, aby nie powodować dodatkowego dyskomfortu akustycznego dla pracowników.

Zalety i wady systemu ogrzewania nadmuchowego

System ogrzewania lub chłodzenia nadmuchowego cechuje wysoka sprawność, co przekłada się na niższe koszty eksploatacji – nawet o 30% w porównaniu z innymi rozwiązaniami. Jest to system o znikomej bezwładności, działający od razu po jego uruchomieniu, szybko dostosowujący się do aktualnych potrzeb cieplnych obiektu, dający także możliwość całkowitego wyłączenia instalacji w okresie zimowym, bez obawy o uszkodzenie zamarzniętych przewodów. Niewątpliwą wadą tego systemu jest duża ilość miejsca zajmowanego przez kanały powietrzne, jednak w przypadku hal przemysłowych ma niewielkie znaczenie. Podczas awarii wentylatorów lub przerwy w dostawie energii elektrycznej pomieszczenia szybciej się wychładzają, co związane jest z faktem, że wnętrza obiektów nie są nagrzewane drogą promieniowania.

Aby system ogrzewania hali produkcyjnej funkcjonował poprawnie, a także spełniał oczekiwania inwestora i użytkowników, powinien być dobrze przemyślany i uwzględniać bardzo wiele różnych elementów. Prawidłowa analiza ruchu powietrza w obiektach wielkokubaturowych nie jest prosta, a projektant zazwyczaj nie jest w stanie przewidzieć wszystkich czynników mających wpływ na ten ruch.

• Na pewno zainteresuje Cię też: Kopalnia Wieczorek z nową funkcją. Wyniki konkursu na projekt Dzielnicy Nowych Technologii w Katowicach

dr inż. Paweł Kędzierski