Piece, które kumulują ciepło

Jak magazynowano ciepło w dawnych wiekach?

O ile wytworzenie dużej ilości energii, którą zamienić możemy na ciepło, nie stanowi obecnie problemu, o tyle zmagazynowanie w jednym miejscu wysokiej temperatury w celu jej powolnego uwalniania jest w dużej skali nieefektywne i nieopłacalne. Ludzie od czasu przyswojenia sobie posługiwania się ogniem cieszyli się ciepłem z niego bijącym głównie do czasu zgaszenia płomienia. Pierwszym sposobem na jego zmagazynowanie były ogrzewane w palenisku kamienie – te, ułożone w stos, wychładzały się po wygaśnięciu ognia, początkując wynalezienie pieców.

Długotrwałe ciepło dobywające się z ogrzanych kamieni o dużych rozmiarach stanowiło również sekret działania starożytnego systemu – pierwowzoru ogrzewania podłogowego – o nazwie hypocaustum. Pod posadzkami term i posiadłości rzymskich patrycjuszy rozmieszczone były kanały, którymi płynęły gorące podmuchy – te brały początek z ogrzewanych do wysokiej temperatury dużych kamieni.

W późniejszym czasie rolę kamieni przejęły fragmenty wypalanej gliny, które w średniowieczu ukształtowane zostały w pierwsze piece, w czasach, kiedy nie wyodrębniły się jeszcze osobne cechy zdunów i garncarzy. Pierwotnie wykonywanie pieców przynależało do grupy osób trudniącej się budowaniem domów.

Do budowy pieców w domostwach ludzi niezamożnych używano gliny i w dalszym ciągu kamieni – piece kaflowe były dobrem dostępnym dla nielicznych, bogatych i wysoko postawionych. Na wiele wieków stanowić miały one stały element grzewczy budowany wewnątrz pomieszczeń, a w parze z ich główną funkcją – ogrzewaniem – szła dekoracyjność i ozdobność. Wiekopomną zmianą w konstrukcji pieców z otwartym paleniskiem było zastosowanie drzwiczek. Dlaczego?

Urządzenia grzewcze tego typu w połączeniu z przewodami kominowymi oddawały ciepło do pomieszczeń, ale tylko do chwili, kiedy gasł w nich płomień i wyziębiał się żar. Od tego momentu ciepło wysysane było przez komin i ulatywało u jego zwieńczenia. Dopiero zastosowanie drzwiczek okazało się pierwszym krokiem do kumulowania ciepła wytworzonego w procesie spalania drewnianego paliwa – żar mógł utrzymywać się nawet przez całą noc, by rano stanowić bazę gotowego do wzniecenia ognia. Piece były konstrukcjami murowanymi, w których wykorzystywano wentylację grawitacyjną wspomaganą kanałami dymowymi i przewodem kominowym.

Do budowania pieców używane były następujące materiały i surowce:

- glina,

- kamień,

- gnejs,

- piaskowiec,

- granit.

Uszczelniacz do pieców Soudal 1500 st. C czarny 300 ml

Piec kominkowy kaflowy K1 Jena 5,5 kW

Do wypełnienia wnętrza pieców wykorzystywano w głównej mierze cegły, a rolę używanych współcześnie zapałek grały hubki, krzesiwa i krzemień. Zamknięcie paleniska było wynalazkiem, które znacznie wpłynęło na ograniczenie zużycia drewnianego opału. Proces palenia wspomagały odpowiedniki dzisiejszych szybrów w kominie i otwory wentylacyjne w drzwiczkach, natomiast akumulacja ciepła była tym bardziej skuteczna, im grubsze ściany miał zbudowany piec. Rolę gliny przejął na długo materiał do dzisiaj sprawdzający się w roli kondensatora ciepła – jest nim szamot.

Co to jest szamot?

Szamot jest materiałem, który traktowany jest jako efektywny magazyn energii cieplnej. Cecha ta wiąże się z jego właściwością, jaką jest powolna reakcja na zmianę temperatury – w największym skrócie – w długim czasie się nagrzewa i podobnie powolnie stygnie. Szamot jest materiałem, który pierwotnie powstał z wypiekanych łupków lub gliny, które następnie zostały rozdrobnione i ponownie związane z udziałem następujących dodatków:

- cement portlandzki,

- szkło wodne,

- glina,

- cement.

Cegła szamotowa 32 × 114 x 230 mm

Szamot stanowi wypełnienie wielu działających do dzisiaj pieców kaflowych. W celu usprawnienia ich działania i by wyeliminować konieczność wnoszenia do wnętrza domów węgla, paleniska w nich zamieniane są na spirale grzejne zasilane energią elektryczną. Rozwiązanie to, wymagające często wykonania osobnego obwodu o napięciu 400 V, jest ekonomicznie opłacalne pod warunkiem zastosowania taryfy G 12 – dzienno-nocnej – w której cena energii elektrycznej jest zróżnicowana względem godziny poboru – jest tańsza w godzinach 22.00-6.00 i 13.00-15.00. Jeśli zastosujemy programator czasowy włączający grzałkę w tych przedziałach czasowych, piec zdąży się nagrzać i będzie promieniować ciepłem w pozostałych godzinach.

Przejście z taryfy dziennej (G 11) na dzienno-nocną będzie też opłacalne w przypadku innych grzejników gromadzących ciepło – pieców elektrycznych akumulacyjnych, o których piszemy poniżej. Szamot jest wykorzystywany w wielu produkowanych obecnie urządzeniach grzewczych, z których szczególnie popularne są przywrócone do łask wolnostojące piece typu koza.

Zaprawa szamotowa 25 kg

Które z grzejników skutecznie akumulują energię?

Przenośne urządzenia grzewcze wykorzystywane współcześnie mają za zadanie w maksymalnie krótkim czasie wytworzyć wymaganą temperaturę i – w zależności od przeznaczenia i wyposażenia w tę dodatkową funkcję – skierować ciepło w dowolną stronę. Na tej zasadzie działają różnego rodzaju grzejniki, wśród których znajdziemy między innymi:

- promiennik halogenowy,

- grzejnik kwarcowy,

- termowentylator,

- grzejnik z grzałką ceramiczną,

- konwektor,

- grzejnik olejowy.

Grzejnik olejowy Thomson LCD 11

Spośród powyższych zdolnością do akumulowania ciepła może poszczycić się tylko jeden z nich, ostatni z wymienionych, grzejnik olejowy. Zdolność ta wynika z charakteru paliwa, który go wypełnia – półpłynny olej co prawda długo się nagrzewa w urządzeniu tego typu, ale i powoli stygnie, przez co po odłączeniu zasilania nie traci natychmiast swojej wysokiej temperatury. Paliwo to nie ma jednak takich właściwości jak szamot czy jego współczesne odpowiedniki, którymi są kształtki magnezytowe.

Piece elektryczne akumulacyjne

Aby skutecznie ogrzać pomieszczenie o sporej powierzchni, piece kaflowe musiały mieć również pokaźne rozmiary i przez to stanowiły element wyposażenia, który trudno było przeoczyć. Inaczej jest ze współcześnie produkowanymi urządzaniami zasilanymi energią elektryczną, które mają właściwość polegającą na magazynowaniu ciepła – są nimi akumulacyjne piece elektryczne.

W ich wnętrzu znajduje się grzałka elektryczna w obudowie z szamotu lub wspomnianych wyżej kształtek magnezytowych, natomiast całość grzejnika tego typu jest dodatkowo zaizolowana, co zapobiega ucieczce ciepła z wnętrza pieca – użytymi do tego celu materiałami mogą być poliamid, wermikulit i microtherm. Użycie takich składowych daje w sumie urządzenie, które efektywnie akumuluje ciepło wytworzone przez grzałki i oddaje je w długim czasie – to unowocześniona i kompaktowa wersja zmodernizowanych pieców kaflowych z wkładem grzałkowym:

- unowocześniona, ponieważ do jej wykonania użyto zaawansowanych technologicznie materiałów,

- kompaktowa, ponieważ urządzenia tego typu z racji swoich niewielkich rozmiarów nie różnią się często od standardowych grzejników i kaloryferów umieszczanych we wnękach pod oknami.

Statyczne i dynamiczne oddawanie ciepła

Piece elektryczne akumulacyjne dzielą się na dwa typy w zależności od sposobu oddawania ciepła:

- statyczne,

- dynamiczne.

Pierwsze z nich przypominają zwykłe grzejniki, które im dłużej się nagrzewają, tym większą temperaturę osiągają i tym dłużej wypromieniowują ciepło. W drugich umieszczone zostały dmuchawy, które w zależności od potrzeby uruchamiają się i kierują nagrzane powietrze do wnętrza pomieszczenia.

Porada eksperta: Zastosowanie elektrycznego pieca z rozładowaniem dynamicznym jest nieodłącznie związane z równoczesnym zamontowaniem programatora temperatury z czujnikiem ciepła. Sprzężenie takich urządzeń sprawia, że piec nagrzewa się w korzystnych ekonomicznie porach dnia, a intensywność ciepła, które oddaje, może wzmóc przez uruchomienie nawiewu, kiedy temperatura w pomieszczeniu jest niższa niż zaprogramowana. Jeśli nie planujemy użycia programatora, lepszym rozwiązaniem będzie zainstalowanie pieca z rozładowaniem statycznym.

Użycie programatora temperatury nie wyczerpuje możliwości, jakie możemy zastosować w połączeniu z akumulacyjnym piecem elektrycznym z rozładowaniem dynamicznym. Można go z powodzeniem włączyć do systemu domu inteligentnego, by sterować jego pracą w powiązaniu ze zwyczajami poszczególnych mieszkańców i wskazań termometru umieszczonego na zewnątrz domu – te ostatnie będą miały wpływ na intensywność pracy urządzenia w zależności od panującej aury.

 

Data publikacji: 09.09.2016