Efektywne ogrzewanie hal przemysłowych – porównanie systemów konwekcyjnych, promiennikowych i podłogowych

Znaczenie efektywnego ogrzewania hal przemysłowych

Hale przemysłowe jako obiekty wielkopowierzchniowe generują wysokie koszty utrzymania. Rachunki za ogrzewanie są jednymi z nich, dlatego tak istotny jest dobór systemu, który będzie efektywny, ale też ekonomiczny. Technologie grzewcze cały czas się rozwijają, świadczy o tym chociażby udział odnawialnych źródeł energii. W przypadku hal często stosuje się mieszane systemy ze względu na konieczność ogrzania zarówno części produkcyjnej jak i biurowej, ale też czasami sam proces technologiczny wymaga specjalnych warunków termicznych lub higienicznych.  

Rodzaje systemów grzewczych wykorzystywanych w halach

Systemy ogrzewania hal możemy podzielić na powietrzne, konwekcyjne, płaszczyznowe, promiennikowe. 

• Nagrzewnice powietrza 

Urządzenia zasilane gazem, olejem opałowym, energią elektryczną lub biomasą. Rozmieszczone na ścianach, pod stropami czy słupach konstrukcyjnych. Ich działanie polega na wytwarzaniu strumienia powietrza o zadanej temperaturze. Wbudowany wentylator umożliwia też odpowiednie ukierunkowanie strumienia. Każde urządzenie jest sterowane indywidualnie, najczęściej za pomocą pilota. Nagrzewnice pozwalają na szybkie ogrzanie przestrzeni z możliwością zachowania stref cieplejszych i chłodniejszych. W niektórych modelach możliwe jest zastosowanie filtrów powietrza. Należy pamiętać, że ich pracę zakłócają przeciągi powstające w wyniku np. otwierania bram. nie sprawdzą się w przemyśle o wymaganym wysokim stopniu czystości, ponieważ ich działanie powoduje wzniecanie kurzu i innych zanieczyszczeń. 

• Promienniki podczerwieni 

Ogrzewają powietrze w sposób pośredni, tzn. nie występuje zjawisko wdmuchiwania strumienia powietrza. Wykorzystują ciepło od innych urządzeń i emitują je poprzez promieniowanie podczerwone. Działają miejscowo i często wykorzystywane są m.in. w halach, gdzie występuje podział na strefy. Służą do szybkiego miejscowego zapewnienia komfortu cieplnego, bez uczucia wysuszania i nadmuchu – nie występuje ruch powietrza. Z punktu widzenia użytkownika są to bardzo komfortowe urządzenia dające odczucie przyjemnego ciepła.

Polecamy: Promienniki ciepła w halach przemysłowych – skuteczne i ekonomiczne ogrzewanie

• Systemy ogrzewania płaszczyznowego 

Zwykle realizowany jako system ogrzewania wodnego podłogowego w oparciu o kocioł lub pompę ciepła. Jest to instalacja praktycznie bezobsługowa – rury prowadzone są w posadzce, konserwacji i serwisowaniu podlega jedynie źródło ciepła. Ten sposób ogrzewania nie wymusza gwałtownego ruchu powietrza i jego mieszania, nie występuje unoszenie kurzu. Powietrze ogrzewa się równomiernie, ale jest to system niskotemperaturowy, więc osiągnięcie pożądanej temperatury zajmuje więcej czasu. Przy wyborze tego systemu należy wziąć pod uwagę obciążenie posadzki, ponieważ zwykle w halach konieczne jest jej wzmocnienie, a w przypadku przewodów prowadzonych w wylewce uzyskanie odpowiedniej nośności może okazać się niemożliwe. Dodatkowym problemem jest montaż niektórych maszyn i urządzeń do podłogi, co również może wykluczać zastosowanie tego rodzaju ogrzewania. 

• Technologie OZE 

Systemy grzewcze oparte na odnawialnych źródłach energii stają się coraz popularniejsze. W segmencie hal przemysłowych zastosowanie znajdują: 

1. Energia geotermalna: Pompy ciepła to w zdecydowanej większości źródło ciepła niskotemperaturowego. Oznacza to, że działa w przedziale 0 – 50 ºC. W związku z tym odbiornikiem energii jest zwykle instalacja ogrzewania podłogowego. W ten sposób ogrzewana jest zarówno przestrzeń hali jak i przyległe pomieszczenia biurowe. Przy takiej instalacji potrzebnych jest, w zależności od powierzchni hali, nawet 10-15 km rur rozprowadzonych na posadzce. Dodatkowo pompa ciepła zasila klimakonwektory odpowiedzialne za chłodzenie w okresie letnim. W przypadku hal przemysłowych zazwyczaj występuje potrzeba zastosowania jednocześnie kliku pomp ciepła, w zależności od zapotrzebowania i temperatur dolnego źródła. Wszystkie urządzenia montowane są we wspólnym pomieszczeniu technicznym, tak aby obsługa miała bezproblemowy dostęp i podgląd pracy. 
2. Panele solarne: Stosowane jako instalacja wspomagająca. Istotną kwestią w przypadku hal jest zintegrowanie tego systemu z procesami technologicznymi i głównym źródłem ciepła. Konieczne jest też zapewnienie odpowiednio dużej i nasłonecznionej powierzchni – to bezpośrednio przekłada się na sprawność systemu. W naszej szerokości geograficznej energia solarna jest głównie wykorzystywana do wspomagania ogrzewania i/lub podgrzewania ciepłej wody użytkowej. Jednak w przemyśle świetnie się sprawdzi przy wytwarzaniu tzw. ciepła procesowego, czyli energii niezbędnej do przeprowadzania procesów technologicznych, takich jak np. mycie, suszenie, gotowanie czy kucie. W Europie zastosowanie paneli solarnych sprawdziło się m.in. w przemyśle spożywczym, piwowarskim, garbarskim czy chemicznym. 
3. Biomasa: Kotły na biomasę w halach przemysłowych nie są często stosowanym rozwiązaniem, ponieważ wymagają one regularnych dostaw surowców oraz miejsca do ich składowania. Dodatkowo niezbędne jest czyszczenie i konserwacja urządzeń. Jednak mimo wszystko do ich zalet można zaliczyć wysoką sprawność – nawet do ponad 90% w porównaniu z tradycyjnymi kotłami węglowymi osiągającymi maksymalnie 70%. Pomimo wyższej ceny biomasy, dzięki takiej wydajności finalnie koszty eksploatacji są na podobnym poziomie, a dodatkowym atutem jest dbanie o środowisko. Na rynku dostępne są kotły na biomasę o bardzo dużych mocach, co umożliwia ogrzanie tak dużych powierzchni jak hale. Nowoczesne urządzenia posiadają także automatyczne podajniki, co znacznie upraszcza sposób dozowania paliwa.

Polecamy: Ogrzewanie hal przemysłowych z wykorzystaniem odnawialnych źródeł energii

Dobór systemu ogrzewania do hali – specyfika obiektu, strefy, proces technologiczny

Mimo sporego wyboru systemów grzewczych na rynku, prawdziwym wyzwaniem jest dobranie odpowiedniego rozwiązania dla danego obiektu. W zależności od specyfiki produkcji niektóre systemy mogą być od razu wykluczone, a czasami warto zastosować system hybrydowy.

W hali przemysłowej oprócz części produkcyjnej i magazynowej jest też biurowa i często każda z nich ma inne wymagania co do komfortu cieplnego. W ogrzewaniu hal zapewnienie odpowiedniej temperatury powietrza to tylko jeden z aspektów – a i w tym przypadku należy wziąć pod uwagę jednocześnie komfort termiczny pracowników oraz warunki cieplne wymagane dla samego procesu technologicznego.

Inną ważną kwestią jest ruch powietrza – w części systemów powietrze jest wdmuchiwane, co wzburza jego cyrkulację i powoduje unoszenie kurzu i innych zanieczyszczeń. Przekłada się to na warunki higieniczne, a te w niektórych gałęziach przemysłu są mocno wyśrubowane.

Kolejną istotną kwestią jest rozmieszczenie i sposób mocowania maszyn w hali, co może dyskwalifikować pewne systemy ogrzewania, np. wodne ogrzewanie podłogowe. Posadzki przemysłowe zazwyczaj narażone są na ponadnormatywne obciążenia, dlatego też zazwyczaj projektowane są jako konstrukcje wzmocnione. To z kolei eliminuje umieszczenie w nich rurociągów ogrzewania podłogowego.  

Polecamy: Efektywna izolacja HVAC w halach magazynowych: klucz do bezawaryjnej pracy systemów

Sporym wyzwaniem w przypadku hal jest ich znaczna wysokość, co powoduje, że ogrzane powietrza wędruje ku górze i trudno jest utrzymać odpowiednią temperaturę w strefie przebywania ludzi. Nie ułatwia tego również częste otwieranie bram (załadunek, wyładunek, dostawy materiału). Dlatego dobrym rozwiązaniem jest stosowanie np. kurtyn powietrznych ograniczających straty ciepła lub destryfikatorów, czyli urządzeń wyposażonych w wentylatory wymuszające ruch mas powietrza i mieszanie jego strumieni, co pozwala na uzyskanie bardziej równomiernej temperatury powietrza. Jest to istotne nie tylko z punktu widzenia komfortu cieplnego, ale również ekonomicznego. Ogrzewanie hal generuje niezwykle wysokie koszty zarówno ze względu na powierzchnię jak i wysokość pomieszczeń. Minimalizowanie strat ciepła jest więc priorytetem dla każdego zarządcy budynku. Wady i zalety poszczególnych rozwiązań 

Wady i zalety systemów ogrzewania stosowanych w halach

Wszystkie wymienione systemy ogrzewania hal przemysłowych posiadają swoje zalety, ale i wady. Najłatwiej określić je rozpatrując podstawowe parametry pracy. 

• Efektywność – to w uproszczeniu zdolność instalacji do zamiany energii w ciepło

Najbardziej wydajne systemy to nagrzewnice i promienniki gazowe lub elektryczne, z kolei do najmniej wydajnych zaliczają się promienniki wodne oraz system wodnego ogrzewania podłogowego. Ogrzewanie podłogowe to system niskotemperaturowy, jego wydajność będzie też mniejsza przy niskich temperaturach powietrza zewnętrznego. 

• Bezwładność – to czas potrzebny o ogrzania przestrzeni

Systemy o najmniejszej bezwładności, czyli charakteryzujące się krótkim czasem potrzebnym do ogrzania pomieszczeń to m.in. nagrzewnice oraz promienniki elektryczne i gazowe. Dużą bezwładnością cechują się: tradycyjny grzejnikowy system ogrzewania, ogrzewanie podłogowe i promienniki wodne.  

• Centralizacja – urządzenia pracują pojedynczo lub wchodzą w skład systemu sterowanego centralnie

Tradycyjna instalacja grzejnikowa, podłogowa czy nagrzewnice wodne składają się na centralny system grzewczy, zasilany ze źródła ciepła. Pojedynczo można zastosować urządzenia elektryczne, takie jak kurtyny powietrzne czy promienniki.  

• Hałas – poziom hałasu jest istotny z punktu widzenia uciążliwości dla pracowników, a także jego normy określone są w prawie pracy

Do urządzeń emitujących hałas zaliczają się nagrzewnice. Pozostałe systemy pracują praktycznie bezgłośnie.  

• Koszty – jeden z najistotniejszych czynników dla inwestora, szczególnie koszty eksploatacyjne

Najniższe koszty eksploatacyjne generują pompy ciepła. Jednak należy pamiętać, że zakup pompy i kwestia ewentualnych odwiertów może być sporym kosztem inwestycyjnym.  

• Ekologia – aspekt nabierający coraz większego znaczenia 

Do systemów przyjaznych dla środowiska zaliczają się technologie OZE. W celu ich zastosowania inwestor może ubiegać się o dofinansowanie, dzięki czemu można obniżyć koszty inwestycyjne. Wybór OZE umożliwia uzyskanie certyfikacji budynku. Odnawialne źródła energii zazwyczaj pozwalają też na obniżenie rachunków za ogrzewanie.  

Podsumowanie

Wybór systemu ogrzewania hali przemysłowej powinien być uzależniony od kilku czynników – m.in. rodzaju procesu technologicznego, wymagań temperaturowych, wymaganej bezwładności systemów i oczywiście kosztów. Obecnie coraz popularniejsze technologie OZE wykorzystywane są z powodzeniem także do ogrzewania hal. Niekiedy warto rozważyć system hybrydowy, który może okazać się w wielu aspektach najkorzystniejszy. Najważniejsze zadania dla systemu ogrzewania to jednoczesne minimalizowanie strat ciepła, zapobieganie gromadzeniu się ciepłego powietrza pod stropem (odpowiednia cyrkulacja) oraz komfortowy emitowany poziom hałasu dla pracowników hali. 

Źródła: 

1. https://www.haleprzemyslowe.plus.pl 
2. https://schwank.pl  
3. https://systemapolska.pl  
4. https://www.mcmproject.com.pl  
5. https://www.instalacjebudowlane.pl  

Przejdź do galerii: Wyzwania związane z implementacją inteligentnych systemów HVAC