Ciepło ze ścian, podłóg i sufitów

Zmniejszające się zapotrzebowanie na energię cieplną w nowych bądź modernizowanych budynkach, w połączeniu z rozwojem niskotemperaturowych źródeł ciepła - kotłów kondensacyjnych, pomp ciepła czy instalacji solarnych - pozwala na efektywne funkcjonowanie ogrzewania bez udziału tradycyjnych grzejników. Energia cieplna przekazywana jest wtedy przez podłogę, ściany lub sufit dzięki ukrytym w nich rurom wodnej instalacji centralnego ogrzewania , a niekiedy również elementami grzejnymi zasilanymi energią elektryczną pozyskiwaną np. z instalacji fotowoltaicznej.

Ciepło ze ścian, podłóg i sufitów

Charakterystyka ogrzewania płaszczyznowego

Ilość energii cieplnej przekazywanej do pomieszczenia i niezbędnej do utrzymywania pożądanej temperatury w sezonie grzewczym uzależniona jest przede wszystkim od dwóch czynników - temperatury elementu grzejnego i jego powierzchni. Przy niskiej temperaturze powierzchni grzejnej nieznacznie przewyższającej temperaturę pożądaną temperaturę pomieszczenia, emisja energii cieplnej musi odbywać się z bardzo dużej płaszczyzny, której moc najczęściej zawiera się w zakresie 30-70 W/m2.

Odpowiada to w przybliżeniu potrzebom energetycznym pomieszczeń z dobrą izolacją cieplną, nawet przy niskich temperaturach zewnętrznych. Oczywiście teoretycznie można zwiększyć moc grzewczą podwyższając temperaturę na powierzchni grzejnej, ale ze względu na komfort cieplny jak i wpływ na elementy wykończeniowe (posadzki, tynki, okładziny) jako górną granicę temperatury emitującej ciepło powierzchni przyjmuje się 30-34°C, temperatura czynnika grzewczego nie powinna przekraczać 50-55°C.

Wodne ogrzewanie ścienne Uponor Siccus

Wodne ogrzewanie ścienne Uponor Siccus

Ukrycie elementów grzejnych w przegrodach budowlanych - podłodze , ścianach czy suficie - sprawia, że instalacja staje się niewidoczna, ale narzuca też pewne ograniczenia w sposobie urządzenia i użytkowania pomieszczenia. Energia cieplna przy takim rodzaju ogrzewania przekazywana jest głównie na drodze promieniowania, zatem powierzchnie grzewcze nie mogą być zasłonięte np. przez meble, kotary czy ciepłochronne pokrycia.

Przy ogrzewaniu podłogowym istotny wpływ na efektywność funkcjonowania ma rodzaj posadzki, gdyż materiały źle przewodzące ciepło (np. drewno, grube wykładziny dywanowe) znacząco ograniczają emitowaną energię cieplną. Niemniej przy prawidłowym rozmieszczeniu wyposażenia i doborze pokrycia, ogrzewanie podłogowe zapewnia korzystny rozkład temperatur, co umożliwia obniżenie jej wartości bazowej nawet o 2°C.

Szczególnie efekt ten będzie odczuwalny w wysokich pomieszczeniach , gdyż przy ogrzewaniu podłogowym ciepłe powietrze nie będzie gromadzi się u góry, bez efektu cieplnego w obszarze pobytu ludzi. W ogrzewaniu ściennym jego instalowanie w ścianach zewnętrznych spowoduje zwiększenie strat ciepła (wyższa temperatura przegrody) i powinno być układane raczej na ścianach wewnętrznych, co z kolei utrudnia uzyskanie równomiernej temperatury w całym pomieszczeniu.

Co warto wiedzieć o ogrzewaniu podłogowym

Z kolei umieszczenie ogrzewania w suficie ogranicza naturalną konwekcję powietrza, gdzie tworzy się „ciepła poduszka”, a podłoga jest znacznie chłodniejsza. Wyrównanie temperatur można uzyskać dzięki mieszaniu powietrza popularnym - głównie z USA - dużym, wolnoobrotowym wentylatorem sufitowym.

Wszystkie systemy ogrzewania powierzchniowego charakteryzują się dużą bezwładnością cieplną, co niekiedy może sprawiać problemy z uzyskaniem pożądanej temperatury w pomieszczeniu. Wymaga to bowiem reakcji systemu ogrzewania z pewnym wyprzedzeniem na szybkie i znaczne zmiany temperatury np. w wyniku intensywnego nasłonecznienie i w efekcie powodować czasowe przegrzanie.

W pewnym stopniu problem ten można rozwiązać instalując ogrzewanie mieszane z tradycyjnymi grzejnikami. Dodatkową cechą tych systemów ogrzewania jest duża zdolność do samoregulacji, czyli dostosowania mocy grzewczej do aktualnej temperatury w pomieszczeniu. Mechanizm ten wynika z niewielkiej różnicy między temperaturą pomieszczenia i powierzchni grzewczej oraz dużych jej wymiarów.

Moc przekazywanej energii cieplnej zależy bowiem od różnicy temperatur powietrza i powierzchni grzejnej, a samoistne obniżenie się temperatury pomieszczenia np. o 2°C , spowoduje proporcjonalny wzrost mocy cieplnej o ok. 20-25 %, jak i efekt odwrotny, gdy ciepłota w pomieszczeniu wzrośnie.

Czy system ogrzewania powierzchniowego można wykorzystać również do chłodzenia?

Upowszechnienie się instalacji grzewczych zasilanych przez pompy ciepła stwarza potencjalne możliwości wykorzystania ich również do chłodzenia. Urządzenia te - podobnie jak większość klimatyzatorów - mogą zależnie od potrzeb pracować w trybie grzania lub chłodzenia. W przypadku pomp ciepła przy funkcjonowania w obiegu chłodniczym wykorzystuje się czynnik pośredni tzw. wodę lodowa czyli ten sam środek, który krąży w obiegu grzewczym.

Jednak wykorzystanie instalacji ogrzewania powierzchniowego również do chłodzenia nie zapewnia zbyt efektywnego działania, co wynika przede wszystkim z ograniczenia dopuszczalnego spadku temperatury powierzchni chłodzące. Obniżenie temperatury powietrza znajdującego się w pomieszczeniu powoduje bowiem na pewnym poziomie jego schłodzenia kondensację zawartej w nim pary wodnej, wykroplenie i zawilgocenie podłoża.

Zjawisko to występuje również w tradycyjnych klimatyzatorach, ale skropliny są skutecznie usuwane na zewnątrz lub do kanalizacji. Oceniając skuteczność chłodzenia pomieszczeń za pośrednictwem instalacji zamontowanej w podłodze, ścianach bądź suficie powinniśmy sprawdzić jakich efektów można spodziewać się z jej funkcjonowania.

Przykładowo przyjmijmy następujące warunki w pomieszczeniu:

  • powierzchnia 20 m2
  • kubatura 60 m3
  • zapotrzebowanie na moc chłodniczą 100W/m2
  • temperatura początkowa 28°C
  • wilgotność powietrza 80 %
  • wskaźnik wymiany wentylacyjnej 0,5

Powietrze o takich parametrach zawiera 22,31 g pary wodnej m3 swojej objętości. Przy tej wilgotności, temperatura punktu rosy wynosi ok. 24 °C i po schłodzeniu poniżej tej wartości nastąpi wykroplenie wody - np. na styku z powierzchnią o temperaturze 18 °C w ilości 7 g/m3 powietrza. Zakładając stały dopływ powietrza wentylacyjnego o podobnych parametrach w ciągu godziny na podłodze, ścianie lub suficie może kondensować 210 g wody.

Pozornie nie jest to groźne, ale wykroplona woda kumuluje się w podłożu, co z czasem może doprowadzić do trwałego zawilgocenia. Oczywiście zagrożenie będzie większe, przy niekontrolowanym napływie gorącego i wilgotnego powietrza zewnętrznego, jak i ekstremalnie niekorzystnych warunkach klimatycznych.

Problematyczne może być również uzyskanie potrzebnej mocy chłodniczej. Prze analogię do instalacji ogrzewania powierzchniowego, efektywność „emisji chłodu”, przyjmuje się na poziomie 20-30 W/m2, co praktycznie tylko częściowo pokrywa zapotrzebowania na moc chłodniczą, przy czym w tym zakresie, największa efektywność zapewnia chłodzenie sufitowe dzięki naturalnej konwekcji powietrza.

Kimakonwektor zamiast grzejnika - sprawdzone rozwiązanie przy ogrzewaniu lub/i chłodzeniu pompą ciepła, fot. Daikin
Kimakonwektor zamiast grzejnika - sprawdzone rozwiązanie przy ogrzewaniu lub/i chłodzeniu pompą ciepła, fot. Daikin

Dlatego w przypadku wykorzystywania pompy ciepła do chłodzenia pomieszczeń znacznie lepszą efektywność uzyskamy instalując w obiegu grzewczo-chłodniczym klimakonwektory, które również mogą pracować jako wspomaganie ogrzewania płaszczyznowego.

Wymagania instalacyjne dla ogrzewania płaszczyznowego

W ogrzewaniu powierzchniowym wykorzystuje się głównie rury tworzywowe o średnicy 16 mm z powłoką ochronną zabezpieczającą przed dyfuzją (przenikaniem) przez ścianki tlenu zawartego w powietrzu. Są to warstwowe rury z polietylenu sieciowanego oznaczane symbolem PEX-Al-PE. Układane są w postaci pętli obustronnie podłączonych do rozdzielacza, a długość pojedynczych odcinków nie powinna przekraczać 100 m.

Rury wielowarstwowe zapewnią trwałą pracę całej instalacji ogrzewania podłogowego. Fot. Pipelife
Rury wielowarstwowe zapewnią trwałą pracę całej instalacji ogrzewania podłogowego. Fot. Pipelife

Najczęściej stosuje się zygzakowe rozmieszczenie rur w rozstawieniu 10-20 cm, a w ogrzewaniu podłogowym również układ ślimakowy, który zapewnia bardziej równomierny rozkład temperatury podłogi (odcinki zasilające i powrotne sąsiadują ze sobą).

Alternatywny rozwiązaniem - choć mniej popularnym - będzie wykorzystanie mat kapilarnych, które dzięki niewielkiej grubości można pokrywać cieńszą warstwą tynku czy betonu, co zapewnia mniejszą bezwładność cieplną tego rozwiązania.

Zależnie od rodzaju źródła zasilania dobiera się odpowiedni układ regulacyjno-sterujący, składający się np. z rozdzielaczy, zaworów termostatycznych, pompy obiegowej umieszczonych w szafce sterowniczej.

Ogrzewanie płaszczyznowe - głównie podłogowe na gruncie - wymaga ułożenia skutecznej izolacji cieplnej z płyt styropianowych odmiany EPS 100 bądź twardszego z polistyrenu ekstrudowanego XPS. Na takim ociepleniu rozkłada się folię izolacyjną, która może mieć naniesioną siatkę oznaczeń ułatwiających równe rozmieszczenie rur. Kolejny etap to umocowanie listew montażowych, według zaprojektowanego ich rozmieszczenia lub punktowe zamocowanie rur spinkami do styropianu.

Pętla wodnego ogrzewania podłogowego ułożone na warstwie izolacji termicznej. fot. KAN-Therm
Pętla wodnego ogrzewania podłogowego w sytsemi KAN-Therm Tracker ułożone na warstwie izolacji termicznej. fot. KAN-Therm

Na ścianach i suficie rury grzewcze osadza się w listwach mocujących - na ścianach układzie poziomym i z zasilaniem doprowadzonym do dolnego końca. Jako przykrycie rur grzewczych wykorzystuje się betonowe lub anhydrytowe wylewki (w ogrzewaniu podłogowy), z na ścianach pogrubione tynki ze wzmocnieniem siatką z tworzywa. Możliwa jest również sucha zabudowa z użyciem płyt gipsowo-kartonowych lub gipsowo-włóknowych.

autor: Cezary Jankowski

opracowanie: Aleksander Rembisz

zdjęcia: Uponor, KAN-Therm, Pipelife, Daikin

Film: Purmo

Komentarze

FILMY OSTATNIO DODANE