Na rynku pojawił się właśnie nowy system grzewczy nazwany ogrzewaniem fazowym. Jest to całkowicie nowatorskie rozwiązanie i tak całkowicie różne od znanych nam systemów, że potrzeba na to osobnego opracowania. W tym artykule postaramy się przybliżyć zasadę działania i niewątpliwe zalety, gdyż na pewno wywoła niemałe zamieszanie na rynku budowlanym.

Podstawowe cechy ogrzewania fazowego:

• Ekonomiczne – Pozwala ograniczyć koszty ogrzewania nawet do 60 %
• Wydajne – Równomiernie i szybko nagrzewa pomieszczenie
• Zdrowe – Korzystny mikroklimat, brak cyrkulacji kurzu i alergenów
• Uniwersalne:
  a)  ze względu na typ budownictwa – budynki jedno i wielorodzinne, obiekty publiczne i przemysłowe;
  b)  ze względu na źródło ciepła – ogrzewanie miejskie, piece gazowe czy olejowe, pompy ciepła itp.

Promieniowanie cieplne czy konwekcja?

Wyróżniamy dwa sposoby przekazywania energii cieplnej: promieniowanie (fale elektromagnetyczne) oraz konwekcja (ruch powietrza). Obydwa naturalnie występują w naszym środowisku.

Systemy grzewcze oparte na konwekcji potrzebują powietrza jako nośnika energii. Kaloryfer lub inne źródło ciepła nagrzewa powietrze, które krąży po pomieszczeniu oddając energię. Następnie ochładza się i opada w dół, potem ponownie nagrzewa się i unosi się do góry. Proces cyrkulacji powtarza się dopóki temperatura się nie wyrówna. Do konwekcji jest zatem potrzebna różnica temperatur, czyli wykorzystuje ona zasadę termodynamiki.

Z zupełnie innymi zasadami mamy do czynienia w przypadku promieniowania termicznego. Tu w grę wchodzą elementy fizyki kwantowej. Upraszczając, promieniowanie nie potrzebuje żadnego nośnika i nie jest zależne od temperatury otoczenia. Przy promieniowaniu termicznym mamy do czynienia z elektromagnetycznym promieniowaniem w obszarze podczerwieni (najlepszym przykładem jest słońce). Jeśli energia występuje w takiej postaci, np. w pokoju wypełnionym powietrzem, to tylko ciała stałe (ściany, meble, ludzie) przyjmują to ciepło, a cząstki powietrza (tlen, azot) są prawie całkowicie przepuszczalne dla promieniowania cieplnego i nie nagrzewają się. Promieniowanie cieplne nie ogrzewa bezpośrednio powietrza lecz samą materię. Powietrze w pomieszczeniu nagrzewa się od promieniowania tylko pośrednio – kiedy  nagrzane wcześniej ciała stałe z kolei ogrzeją powietrze.

Człowiek, a także każde zwierzę przez miliony lat ewolucji był wystawiony na działanie Słońca i dlatego pod względem fizjologicznym jest przystosowany do jego promieniowania. Ciało ludzkie zawsze było nastawione na promieniowanie cieplne – przez skórę człowieka może przeniknąć prawie 100 % oddziałującego promieniowania. Jest to najbardziej naturalny i najzdrowszy sposób dostarczenia energii cieplnej dla człowieka.

Zasada działania

Schemat montażu

Jest to system niskotemperaturowy, który ogrzewa pomieszczenia poprzez promieniowanie a nie konwekcję. Panele grzewcze są rozmieszczone na ścianach (ewentualnie w podłodze) pod warstwą tynku. Nagrzewają one ścianę, która  kolei wypromieniowuje energię cieplną do pomieszczenia. Panele są podłączone do hydraulicznej instalacji grzewczej. Woda kotłowa, która krąży w obiegu nie ogrzewa pomieszczeń lecz wywołuje reakcję przemiany fazowej w panelach grzewczych. Po wywołaniu reakcji panel sam zaczyna promieniować ciepłem. Pojemność wodna w układzie zmniejsza się nawet o 80% a woda krążąca w obiegu hydraulicznym stanowi tylko medium transmisyjne do wywołania reakcji.

Rurka ciepła

Istotą całego systemu jest to, iż medium grzejnym nie jest woda, lecz czynnik roboczy wykorzystujący zjawisko fizyczne.  

Budowa

Panel grzewczy systemu jest zbudowany z dwóch części: parowacza (podstawa) i skraplacza. Parowacz jest to kolektor dolny przez który przepływa woda kotłowa. Oddaje ona ciepło hermetycznie zamkniętemu czynnikowi roboczemu, który paruje już w temperaturze 15°C. Po dostarczeniu ciepłej wody kotłowej do kolektora panela, następuje wywołanie zjawiska fizycznego (skraplanie pary wodnej wewnątrz panela i wydobycie się energii cieplnej). Powstała para dynamicznie wypełnia całą przestrzeń części panela grzewczego, gdzie w wyniku różnicy temperatur następuje kondensacja pary. Czynnik grzewczy, umieszczony w panelach osiąga temperaturę doprowadzonej do niego wody.

Przekrój panela grzewczego

Drugą część panela stanowi skraplacz, będący emiterem ciepła. Jest on zbudowany z przewodów rurowych przeplecionych siatką z materiału o dużej przewodności cieplnej. Taka konstrukcja pozwala na uzyskanie równomiernego rozkładu ciepła na powierzchni ściany oraz pełnego wykorzystania dynamiki przemiany fazowej. Powstała wcześniej para tutaj się skrapla oddając ciepło na zewnątrz, a skropliny spływają z powrotem do parownika. Tu proces zaczyna się od nowa i powtarza się tak długo, dopóki jest dostarczana ciepła woda do panelu. Czynnik roboczy zastosowany w panelu jest hermetycznie zamknięty – nie zużywa się i nie trzeba go wymieniać.

Zalety

Podstawową zaletą tego systemu jest energooszczędność – nawet 60% niższe zużycie energii w stosunku do popularnych systemów grzewczych. Wysokość oszczędności zależy oczywiście od konfiguracji, ale i też od wielkości współczynnika przenikalności cieplnej danego budynku. Dzięki zastosowaniu promieniowania do transmisji ciepła ten system ma również pozytywny wpływ na zdrowie i komfort termiczny człowieka.

Aspekty oszczędności energetycznej

Oszczędności energetyczne uzyskiwane są dzięki wykorzystywaniu szeregu czynników, charakterystycznych dla tego ogrzewania:

• Zmniejszenie pojemności wodnej układu 5-8 razy (80 %);
• Pomieszczenia ogrzewa reakcja fizyczna a nie woda;
• Niska temperatura zasilania wody (20÷50 °C);
• Niskie opory przepływu czynnika obiegowego;
• Mniejsze straty związane z transportem ciepła z uwagi na niższą temperaturę wody;
• Zmniejszenie zapotrzebowania ciepła na podgrzanie powietrza wentylacyjnego  ze względu na niższą temperaturę powietrza w pomieszczeniu;
• Obniżenie temperatury powietrza w pomieszczeniu ogrzewanym o ok. 3÷4 °C pozwala  zaoszczędzić do 24% energii;
• Możliwość zastosowania energooszczędnych źródeł ciepła takich jak kolektory słoneczne, pompy ciepła.

Dodatkowo wentylacja z rekuperacją zmniejsza zapotrzebowanie budynku na ciepło o 30%.

Oszczędności w zużyciu energii mogą kształtować się w granicach 30 – 60% w zależności od wybranego wariantu. Uzyskane wyniki są porównane do standardowego ogrzewania, czyli ogrzewania kaloryferowego z nowoczesnymi grzejnikami.
1) oszczędności 30% – przy zastosowaniu jedynie paneli grzewczych (reszta systemu standardowa – jednak z uwzględnieniem parametrów pracy ogrzewania fazowego)
2) oszczędności 60% – przy zastosowaniu całego systemu firmy Feris (panele, zasobnik, rozdzielacze i sterowniki)

Aspekty zdrowotne

Zalety zdrowotne wynikają z tego, że system – podobnie jak Słońce – przekazuje ciepło w postaci promieniowania termicznego. Człowiek od zawsze był wystawiony na działanie naszej gwiazdy i jest to dla niego najbardziej naturalny i przyjazny sposób ogrzewania.

• System przyjazny i bezpieczny dla człowieka;
• Przekazywanie ciepła w postaci subtelnego promieniowania;c
• Optymalny z punktu widzenie komfortu cieplnego rozkład temperatury;
• Eliminacja cyrkulacji kurzu i alergenów w powietrzu;
• Zachowanie stałej naturalnej jonizacji powietrza.

Promieniowanie nie potrzebuje żadnego nośnika i nie jest zależne od temperatury otoczenia. Przy promieniowaniu termicznym mamy do czynienia z elektromagnetycznym promieniowaniem w obszarze podczerwieni (najlepszym przykładem jest słońce). Jeśli energia występuje w postaci promieniowania cieplnego, np. w pokoju wypełnionym powietrzem, to tylko ciała stałe (ściany, meble, ludzie) przyjmują to ciepło, a atomy powietrza (tlen, azot) są prawie całkowicie przepuszczalne dla promieniowania cieplnego i nie nagrzewają się. Promieniowanie cieplne nie ogrzewa bezpośrednio powietrza lecz samą materię. Powietrze w pomieszczeniu nagrzewa się dopiero od przedmiotów nagrzanych wcześniej promieniowaniem i jest ok. 3-4 ºC niższa, niż temperatura odczuwalna. Dla człowieka ma to drugorzędne znaczenie, gdyż jest już ogrzany promieniowaniem. Nie występują wtedy problemy z przegrzanym i przesuszonym powietrzem, jest więcej jonów ujemnych (to dobrze!), a brak cyrkulacji oznacza, że po mieszkaniu nie krążą kurz i alergeny.

Optymalna temperatura powietrza w pomieszczeniu powinna wynosić 16ºC÷18 ºC, a średnia temperatura przegrody budowlanej 24÷30 ºC. Może to zapewnić jedynie ogrzewanie ścienne.

Aspekty eksploatacyjne

• Optymalne rozwiązanie z punktu widzenia architektury wnętrz (system podtynkowy);
• Duże powierzchnie grzania o niskiej temperaturze;
• Błyskawiczny czas nagrzewania powierzchni grzewczej;
• System nie wymagający konserwacji, nadzoru i czyszczenia.

Parametry pracy systemu umożliwiają swobodny wybór źródła jego zasilania – praktycznie każde źródło ciepła jest w stanie podgrzać wodę do temperatury 20-40 ºC. W przeciwieństwie do ogrzewania podłogowego jest tam najmniejsza z możliwych ilość wody w instalacji – tyle, co w typowej rurze biegnącej po „obwodzie pokoju”. Bardzo mała bezwładność cieplna i opatentowana konstrukcja sprawiają, że już kilka minut po włączeniu odczujemy ciepło.

Porównanie systemów cieplnych

Ogrzewanie tradycyjne

• Oddawanie ciepła głównie na drodze konwekcji (ruchu powietrza),
• Rozkład temperatury: ciepło u góry, zimno na dole; w przypadku ogrzewania podłogowego ciepło na dole, zimno na górze,
• Temperatura zasilania: stare instalacje 90 °C, nowe 55 °C,
• Przeciętna temperatura powietrza w pomieszczeniu 20 °C,
• Temperatura powierzchni grzejnej: stare instalacje 60 °C, nowe 45-50 °C,
• Dodatnia, a więc niekorzystna jonizacja powietrza,
• Cyrkulacja kurzu i alergenów.

Ogrzewanie fazowe – niskotemperaturowe ogrzewanie płaszczyznowe

• Oddawanie ciepła głównie przez promieniowanie,
• Rozkład temperatury: ciepło równomiernie rozłożone na całej wysokości pomieszczenia,
• Temperatura zasilania: 20 -50 °C,
• Przeciętna temperatura powietrza w pomieszczeniu 18 °C,
• Temperatura powierzchni grzejnej 25 -40 °C,
• Nie powoduje niekorzystnej jonizacji powietrza,
• Nie powoduje niekorzystnej cyrkulacji kurzu i alergenów,
• Idealne rozwiązanie przy zastosowaniu techniki kondensacyjnej i solarnej.

Reasumując wszystkie cechy ogrzewania fazowego, to oprócz zalet zdrowotnych na uwagę zasługują przede wszystkim aspekty ekonomiczne.
Na oszczędności wpływ mają:

• Niska temperatura zasilania (35-50°C);
• Mała pojemność wodna układu (woda przepływa tylko przez dolną rurkę);
• Duża powierzchnia grzania w stosunku do pojemności układu (kilkukrotnie większe proporcje niż przy tradycyjnym ogrzewaniu);
• Mniejsze straty energii z uwagi na niższą temperaturę zasilania;
• Obniżenie temperatury powietrza (komfort termiczny użytkownika pozostaje ten sam).

Zsumowanie tych wszystkich oszczędności daje w rezultacie 30% mniejsze zużycie energii niż przy tradycyjnym ogrzewaniu (podłogowym czy też nowoczesnych kaloryferach). Te i tak wysokie wyniki można zwiększyć do 60% instalując zasobnik oraz sterowanie tego samego producenta.
Coraz wyższe ceny paliw oraz szukanie najnowszych rozwiązań sprawią, że ogrzewanie fazowe będzie coraz bardziej popularne w naszych domach.