Nagrzewnicę z lodem? Nie, dziękuję…

Stara łacińska fraza przypisywana Hipokratesowi brzmi: “Morbum evitare quam curare facilius est” – lepiej zapobiegać niż leczyć. 
Sentencję tę możemy z pewnością odnieść nie tylko do naszego zdrowia, ale także do „zdrowia” urządzeń wentylacyjnych, które mamy pod opieką serwisową czy gwarancyjną.Dlatego pomimo, a może właśnie dlatego, że jest wciąż bardzo ciepło jak na początek listopada przyjrzymy się dziś zjawisku zamarzania czynnika w nagrzewnicach central wentylacyjnych. Wszak lepiej sprawdzić zawczasu poprawność zadziałania zabezpieczeń w komfortowych warunkach, niż usuwać awarię i jej skutki przy zdecydowanie mniej korzystnej aurze…

Niestety praktycznie co roku, gdy tylko pojawiają się pierwsze poważne mrozy dochodzi do takich nieprzyjemnych sytuacji, których można było przecież uniknąć…
Jak się bronić przed tym niekorzystnym zjawiskiem i jak sprawdzić zawczasu, czy konkretna centrala wentylacyjna będzie odporna na to zjawisko?            
 

Dlaczego zamarzają nagrzewnice w centralach wentylacyjnych?

Przeciętna liczba dni z ujemną temperaturą wynosi w Polsce od 25 dni nad dolną Odrą i na wybrzeżu, do nawet 90 dni w rejonie Suwałk. W środkowej Polsce ujemne temperatury występują statystycznie przez ok. 1800 godzin w roku. W tym ok. 300 godzin to temperatury poniżej -10 stopni.
Objętość lodu jest większa od objętości wody, z której lód powstał o ok. 9%. Oznacza to, że 10 litrów wody po zamarznięciu zmienia się 11 litrów lodu.
Tak więc jeśli dopuścimy aby woda zamarzła wewnątrz nagrzewnicy, czy też wewnątrz instalacji wodnej wogóle, musimy się liczyć z jej pęknięciem i w konsekwencji z poważnymi stratami, z których często najmniejszą jest koszt naprawy lub wymiany samej nagrzewnicy. Wyciek wody z wymiennika i zalanie pomieszczeń mogą bowiem spowodować dużo większe straty materialne. Do tego dochodzi stracony czas, w którym pomieszczenia ogrzewane będą czasowo wyłączone z użytkowania. Wszystko to sprawia, że zamrożenie nagrzewnicy jest zjawiskiem wielce  groźnym i niepożądanym. Tak więc jedną z najważniejszych rzeczy, które należy sprawdzić podczas przeglądu centrali wentylacyjnej lub klimatyzacyjnej, szczególnie przed nadejściem zimy jest sprawdzenie czy system przeciwdziałania zamrożeniu nagrzewnicy jest sprawny.
Należy również dodać, że chociaż umownie mówimy o nagrzewnicach, to w takim samym stopniu narażone na zamarznięcie są inne wymienniki stosowane w centralach wentylacyjnych, w których czynnikiem jest woda: chłodnice wodne, oraz wymienniki glikolowe odzysku ciepła (w sytuacji, gdy stężenie czynnika niezamarzającego będzie niewystarczające).

 
Jakie centrale wentylacyjne są najbardziej narażone na zamarznięcie nagrzewnicy?

Patrząc z perspektywy ostatnich lat z całą pewnością zwiększenie sprawności odzysku ciepła w centralach wentylacyjnych i klimatyzacyjnych wymuszone dyrektywą Parlamentu Europejskiego 1253/2014 wpłynęło pozytywnie na ryzyko zamarzania nagrzewnic. Bowiem wyższa sprawność odzysku ciepła oznacza wyższą temperaturę za wymiennikiem odzysku ciepła i w konsekwencji wyższą temperaturę powietrza wchodzącego na nagrzewnicę. Jednak ryzyko to nie zostało wyeliminowane całkowicie. W grupie największego ryzyka są urządzenia nawiewne bez odzysku ciepła, gdzie zimne, zewnętrzne powietrze wpada bezpośrednio na nagrzewnicę.
Jeśli przyjmiemy najbardziej standardowe do obliczeń wentylacji parametry temperaturowe w Polsce  (-20 C na zewnątrz, +20 wewnątrz pomieszczenia), oraz minimalną w świetle dyrektywy 1254/2014 sprawność odzysku ciepła: 73%, to za wymiennikiem odzysku ciepła uzyskamy przynajmniej +8 stopni. Teoretycznie więc ryzyko zamarznięcia nagrzewnicy w centrali z odzyskiem ciepła nie powinno wystąpić w ogóle.
Jednakże jak wiemy każdy wymiennik odzysku ciepła ma okresy, gdy na jego powierzchni pojawia się oblodzenie. Algorytmy sterujące centralą wentylacyjną i zapobiegające oblodzeniu wymienników dążą do ich szybkiego rozmrożenia, powodując jednak krótkotrwałe spadki sprawności odzysku ciepła.
W przypadku oblodzenia wymiennika obrotowego czasowo zmniejsza się jego prędkość obrotowa powodując okresowy spadek sprawności odzysku ciepła.  Jeśli wystąpi oblodzenie wymiennika krzyżowego, czasowo otwierany jest by-pass wymiennika i wówczas także część lub nawet całość powietrza zewnętrznego może nieogrzana wstępnie napływać na nagrzewnicę, zwiększając znacznie ryzyko zamarznięcia czynnika w nagrzewnicy.
 

Jak zabezpieczyć nagrzewnicę przed zamarznięciem?

I przyszedł wreszcie czas, gdy musimy sobie to jasno powiedzieć… : nie ma w 100% pewnych zabezpieczeń, które zawsze będą skuteczne.
Wskutek błędów lub awarii każde zabezpieczenie może w określonych warunkach zadziałać niepoprawnie lub nie zadziałać w ogóle.
Z tego punktu widzenia jedynym w 100% pewnym i skutecznym sposobem zabezpieczenia nagrzewnicy prze zamarznięciem jest instalacja grzewcza wypełniona czynnikiem niezamarzającym czyli glikolem o odpowiednim stężeniu (zazwyczaj 35%).
Glikol może jednak wykazywać działanie korozyjne na rury stalowe, uszczelki i inne elementy instalacji, a także powodować większe opory hydrauliczne. Mieszanka wody i glikolu wykazuje także niższą zdolność przenoszenia ciepła, co w praktyce objawia się przeciętnie potrzebą kilku-kilkunasto procentowego wzrostu powierzchni oddawania ciepła wymiennika wodnego w stosunku do analogicznej jego mocy, gdy jest zasilany wodą. Wszystko to sprawia, że aby móc wypełnić instalację grzewczą czynnikiem niezamarzającym trzeba to przewidzieć już na etapie jej projektowania.
Jednak w jaki sposób  zabezpieczyć układy bez glikolu, których jest zdecydowana większość? Odpowiedź, wydaje się prosta – trzeba stale monitorować temperaturę powietrza za nagrzewnicą lub temperaturę wody wychodzącej z nagrzewnicy i odpowiednio szybko reagować.
 

Jak monitorować temperaturę na nagrzewnicy wodnej?

Aby monitorować temperaturę powietrza za nagrzewnicą stosujemy najczęściej termostat przeciwzamrożeniowy, potocznie nazywany „frostem”. Jest to podstawowe zabezpieczenie wymiennika wodnego w centrali wentylacyjnej przed zamarznięciem. Frost ustawiony na określoną temperaturę spowoduje wyłączenie urządzenia, zamknięcie przepustnicy wlotowej zimnego powietrza oraz pełne otwarcie zaworu 3-drogowego nagrzewnicy, oddalając ryzyko zamarznięcia czynnika.
Z kolei aby monitorować temperaturę wody wychodzącej z nagrzewnicy stosuje się czujniki opaskowe (przylgowe) lub wkręcane w rurociąg. Przy dużych instalacjach, gdy centrale wentylacyjne mają wydajności kilkudziesięciu m3/h wskazane jest stosowanie obydwu zabezpieczeń. Koszt dodatkowego czujnika i jego montażu jest niewspółmiernie mały w porównaniu do strat jakie może wygenerować pęknięta nagrzewnica, gdzie kosz samej nagrzewnicy może wynieść nawet kilkanaście tysięcy złotych.
 

Przyczyny zamarznięcia czynnika wody w instalacji

Jakkolwiek wydawać by się mogło, że skoro woda przepływająca przez nagrzewnicę centrali jest przecież „gorąca”, więc jej zamarznięcie jest niemożliwe, to wiemy przecież dobrze, że takie zjawisko może wystąpić. Jakie mogą być tego przyczyny?
 
Można je podzielić na 3 grupy:
1. Błędy Projektowe lub wykonawcze, np.
– Zbyt duża w stosunku do potrzeb moc nagrzewnicy – może powodować nadmierne przechłodzenie czynnika,
– nieprawidłowe podłączenie nagrzewnicy,
– niewłaściwie dobrany w stosunku do nagrzewnicy i parametrów sieci zawór regulacyjny nagrzewnicy.
 
Czynnik wewnątrz nagrzewnicy powinien przepływać przeciwprądowo w stosunku do przepływu powietrza wewnątrz centrali wentylacyjnej. Takie podłączenie zapewnia ok. 30% większą moc nagrzewnicy niż przy podłączeniu współprądowym.
Króciec zasilający nagrzewnicę powinien znajdować się na dole, a powrotny na górze nagrzewnicy, aby w przypadku rozwarstwienia powietrza i gradientu temperatury występującego w przekroju poprzecznym centrali wentylacyjnej, zimniejsze powietrze, które będzie przepływało niżej, najpierw stykało się z cieplejszym czynnikiem.
 
2. Błędy regulacyjne
– opóźnienie czasu reakcji siłownika zaworu 3-drogowego,
– opóźnienie czasu reakcji czujnika termostatu przeciwzamrożeniowego,
– niewłaściwa synchronizacja czasu otwierania by-passu wymiennika krzyżowego i zaworu 3-drogowego nagrzewnicy,
 
3. Awarie
– awarie zasilania w energię elektryczną,
– awarie zasilania w ciepło technologiczne – przerwa w dostawie ciepłej wody lub woda o zbyt niskich parametrach,
– awaria siłownika zaworu 3-drogowego,
– zablokowanie zaworu w pozycji zamkniętej,
– awaria pompy obiegowej.
 
Najczęściej występującą sytuacją jest awaria zasilania. Niestety, szczególnie poza dużymi aglomeracjami miejskimi są to sytuacje dość częste. W przypadku całkowitej utraty zasilania wyłączą się wentylatory urządzenia, a przepustnica wlotu powietrza zewnętrznego zostanie zamknięta dzięki siłownikowi ze sprężyną powrotną i urządzenie zostanie odcięte od kontaktu z zimnym powietrzem. Jednak jeśli zasilanie nie zostanie przywrócone w krótkim czasie, szczególnie przy urządzeniach zewnętrznych ryzyko zamrożenia nagrzewnicy jest bardzo wysokie. 
 

Termostat przeciwzamrożeniowy – gdzie montować?

Jak i gdzie zamontować termostat przeciwzamrożeniowy i jak sprawdzić, czy spełni swoją funkcję w przypadku ryzyka zamarznięcia nagrzewnicy?
Kapilara termostatu powinna znajdować się za nagrzewnicą, czyli po przeciwnej jej stronie niż wchodzące na nagrzewnicę powietrze.
Montując termostat przeciwzamrożeniowy należy zwrócić szczególną uwagę, aby cała powierzchnia nagrzewnicy była pokryta w równych odstępach elementem pomiarowym termostatu – kapilarą.
W przypadku dużej powierzchni wymiennika kapilara termostatu powinna być odpowiednio długa. Można także zastosować kilka termostatów i połączyć je szeregowo.
Pierwszą rzeczą, jaką powinniśmy sprawdzić, to nastawa temperatury załączenia termostatu. Zazwyczaj do wyboru mamy temperaturę z zakresu -10◦C  ÷ +15 ◦C. Ustawiona temperatura dla standardowych układów nie powinna być niższa niż +5 ◦C.
 

Jak sprawdzić czy termostat przeciwzamrożeniowy działa?

Jeśli posiadamy termostat przeciwzamrożeniowy luzem (nie zamontowany), najprościej sprawdzić czy działa wkładając go na kilkanaście sekund do zamrażarki lub zanurzając kapilarę np. w pojemniku z lodem. Załączenie i wyłączenie termostatu wywołane zmianą temperatury powinno być wyraźnie słyszalne dla ucha.
Jeśli uruchamiamy centrale po raz pierwszy a termostat jest już zamontowany najlepszym sposobem będzie użycie preparatu zamrażającego stosowanego w medycynie lub technice. Preparat taki, mogący dać lokalnie temperaturę nawet -50 stopni, możemy zakupić w aptece już za kilkanaście złotych, a następnie spryskać kapilarę termostatu równomiernie na odcinku przynajmniej 20-30 cm i sprawdzić czy takie zamrożenie wywoła prawidłową reakcję układu automatyki.
Gdy nie mamy możliwości dotarcia w łatwy sposób do kapilary termostatu w pracującej centrali, najprostszym sposobem będzie wytworzenie naturalnych warunków załączenia sygnału awarii frosta. Można to osiągnąć poprzez odpowiednie obniżenie temperatury nawiewu centrali wentylacyjnej, np. do + 5-10◦C, z jednoczesnym maksymalnym podniesieniem temperatury załączenia sygnału na termostacie przeciwzamrożeniowym. Prawidłowo działające zabezpieczenie powinno wyłączyć centralę wentylacyjną i zasygnalizować awarię “frost”
 

Układy przeciwzamrożeniowe nagrzewnic – podsumowanie

System przeciwzamrożeniowy to jeden z najważniejszych systemów centrali wentylacyjnej i klimatyzacyjnej. Gdy wszystko działa poprawnie, nawet nie zauważamy działania tego systemu, ale jego awaria, lub niewłaściwie ustawienie może być bardzo brzemienne w skutkach.
Dlatego gorąco polecamy Wam wykorzystać ostatnie ciepłe dni na sprawdzenie poprawności działania układu przeciwzamrożeniowego wymienników wodnych w centralach które macie pod opieką serwisową lub gwarancyjną. Zdecydowanie przyjemniej jest wejść np. na dach, aby zajrzeć do centrali wentylacyjnej teraz i sprawdzić to w komfortowych warunkach, niż czekać, aż temperatura spadnie, i mieć wymuszoną „wycieczkę”, dodatkowo (czego Wam nie życzymy) pod presją czasu i ewentualnych szkód.
 
Jeśli chcesz otrzymywać od nas powiadomienia o nowych wpisach zostaw nam poniżej swój adres e-mail.
Wśród osób, które zapiszą się, wkrótce rozlosujemy 2 termostaty przeciwzamrożeniowe firmy Ranco w super promocyjnej cenie 1 zł ?
 
Zapraszamy!