Izolacyjność cieplna podłóg ogrzewanych – wymagania

21.02.2020

Które wymagania dla podłóg ogrzewanych wynikają z warunków budowlanych, a które z wytycznych norm? Jaka powinna być grubość izolacji cieplnej pod elementami grzewczymi? Jak wyglądają parametry odczuć cieplnych przy zmieniającej się temperaturze powierzchni posadzki?

 

Wymagania dotyczące izolacyjności cieplnej warstwy znajdującej się pod warstwą grzewczą w podłogach ogrzewanych, wyrażone oporem cieplnym, przytoczone zostały w normach PN-EN 1264-4:2009 Instalacje wodne grzewcze i chłodzące płaszczyznowe – Część 4: Instalowanie [2]; PN-EN ISO 11855-5:2015-10 Projektowanie środowiska w budynku – Projektowanie, wymiarowanie, instalacja oraz regulacja wbudowanych systemów ogrzewania i chłodzenia przez promieniowanie – Część 5: Instalacja [3] – tab. 3*.
 

Zobacz: Izolacyjność cieplna podłóg ogrzewanych – wymagania
 

W przypadku tego rodzaju przegród warstwa izolacji cieplnej pod warstwą grzewczą w podłodze powinna zapewnić minimalne straty ciepła z elementów grzewczych. W tego typu konstrukcjach podłóg ogrzewanych w szczególny sposób, inny niż w konstrukcjach podłogi nieogrzewanej, powinno się podchodzić do kwestii zapewnienia izolacyjności cieplnej i określania strat ciepła. Ponieważ element z warstwą grzewczą ma zadanie dostarczać ciepło do pomieszczenia, a minimalną ilość tracić na zewnątrz budynku, wymaganą na podstawie warunków technicznych budowlanych izolacyjność cieplną (wsp. UC) należy uzyskać już dla części przegrody znajdującej pod warstwą grzewczą. Dlatego też w tych konstrukcjach zastosowana warstwa lub warstwy termoizolacyjne, a nie cała przegroda (jak to jest w przypadku przegród bez warstw grzewczych) powinna spełniać podstawowe wymagania w zakresie ochrony cieplnej, wynikające z warunków technicznych budowlanych [1].

 

Fot. stock.adobe.com / PAWEL
 

Opisane podejście jest tym bardziej zasadne ze względu na to, że warstwa grzewcza ma temperaturę na poziomie 35-55oC, a więc znacznie wyższą niż temperatura powietrza w pomieszczeniu ogrzewanym (z reguły 16-24oC).
 

Polecamy: Problem strat ciepła przez podłogi

 

W normach [2, 3] wymagania dla warstw izolacyjnych, czyli znajdujących się pod warstwą grzewczą, okazują się bardzo łagodne, dalekie od podanych w warunkach technicznych. Z prostego porównania wymagań normowych [2, 3] z wymaganiami odnoszącymi się do izolacyjności cieplnej przegród chłodzących w budynkach ogrzewanych wynika, że są one niewystarczające (tab. 4).

 

 

Tab. 4. Zestawienie szacunkowej wartości minimalnego oporu cieplnego warstwy izolacji cieplnej według norm [2, 3] i wymagań zgodnych z wytycznymi warunków budowlanych [1] oraz procentowa różnica między wymaganiami

 

W tabeli podano szacunkowe minimalne wartości oporu cieplnego warstwy izolacji cieplnej wyznaczone z wartości 1/Uc max, po odjęciu oporów przejmowania ciepła Rsi i Rse oraz oporu warstw wierzchnich przegrody na poziomie 0,15 m2K/W. Różnice procentowe między przytoczonymi wartościami normowymi i wynikającymi z warunków budowlanych podano jedynie dla przypadku, kiedy nie zostały spełnione wymagania techniczne budowlane.

 

Szczególnie duże dysproporcje między wymaganiami warunków budowlanych i norm [2, 3] zauważalne są dla stropu nad przejazdem, stropu nad pomieszczeniem nieogrzewanym lub zamkniętą przestrzenią podpodłogową i podłóg na gruncie, w pomieszczeniach z temperaturą ti ≥16oC. Procentowa różnica w wymaganiach dla stropów nad przejazdami, w pomieszczeniach z temperaturą powietrza wewnętrznego 16oC i wyższą, wynosi 160% i osiągnie 215%, w momencie kiedy zaczną obowiązywać od roku 2021 nowe przepisy. W przypadku stropów nad pomieszczeniami nieogrzewanymi procentowa różnica między wymaganiami sięga 181% na niekorzyść wymagań norm [2, 3].

 

Na podstawie zestawionych w tab. 3 wartości minimalnych oporów cieplnych wyznaczono minimalne grubości warstwy izolacji cieplnej, wynikające z wytycznych normy [2, 3] i wymagań warunków budowlanych [1], dla czterech przypadków przewodności cieplnej izolacji cieplnej: 0,040; 0,035; 0,030; 0,025 W/(m K) – tab. 5.

 

Tab. 3. Minimalna wartość oporu cieplnego izolacji poniżej rur pod systemem ogrzewania
płaszczyznowego [2, 3]

 

Tab. 5. Zestawienie szacunkowej grubości warstw izolacji cieplnej, jakie należałoby przyjąć według wymagań normowych [2, 3] i wytycznych warunków budowlanych [1]

Podane w tab. 5 wartości zostały zaokrąglone w górę do pełnych centymetrów.

 

Z porównania danych wynika, że wytyczne normowe, szczególnie dla stropów nad przejazdami i pomieszczeniami nieogrzewanymi, w pomieszczeniach z temperaturą wewnętrzną powyżej 8oC, są znacznie zaniżone w stosunku do wartości wyznaczonych na podstawie warunków budowlanych. Jest to szczególnie ważne w świetle zaostrzania wymagań budowlanych w zakresie charakterystyki energetycznej budynków. Kierowanie się jedynie wytycznymi norm [2, 3] w zakresie izolacji cieplnej konstrukcji z ogrzewaniem podłogowym pogarsza efektywność energetyczną tych systemów wskutek stwarzania możliwości podwyższenia strat ciepła. Odnosi się to szczególnie do izolacji cieplnej ogrzewania podłogowego w stropach nad przejazdami, podcieniami itp. oraz nad przestrzeniami nieogrzewanymi. Obliczenia wskazują, że dla tego rodzaju konstrukcji należy przyjmować grubości minimum 21 i 14 cm, a od 2021 r. – nawet 26 cm (strop nad przejazdem) w przypadku zastosowania materiału izolacyjnego o przewodności cieplnej 0,040 W/(m K), podczas gdy z wymagań normowych wystarczyłoby zastosować warstwy izolacyjne o grubości 5-8 cm. Tylko w przypadku materiału izolacyjnego o przewodności cieplnej 0,025 W/(m K) minimalna grubość warstwy izolacji cieplnej w stropach nad przejazdami, podcieniami itp. oraz nad przestrzeniami nieogrzewanymi wynosi 13 i 9 cm, a od roku 2021 nawet 16 cm (strop nad przejazdem).

 

Odrębne wymagania w zakresie właściwości cieplnych formułuje się dla warstw znajdujących się nad elementami grzewczymi. Opór warstw podkładu i posadzki nie powinien przekraczać wartości 0,15 m2K/W dla podłogi tylko z funkcją grzewczą i 0,10 m2K/W dla podłogi z funkcją ogrzewania zimą i chłodzenia latem.
 

Zobacz też: Elektryczne ogrzewanie hybrydowe

Charakterystyka podłóg pod względem odczuć cieplnych

Norma [2] podaje podstawowe dopuszczalne parametry temperaturowe i gęstości strumienia ciepła dla podłóg ogrzewanych (tab. 6).

 

Tab. 6. Maksymalne wartości temperatury powierzchniowej i gęstości strumienia ciepła dla podłóg ogrzewanych według normy [2]

 

Właściwości cieplne podłóg wpływają również na odczucia komfortu cieplnego ludzi przebywających w pomieszczeniu. Oceniany on może być na podstawie wskaźników ujętych w wytycznych normy PN-EN ISO 7730:2006 Ergonomia. Środowisko termiczne umiarkowane. Analityczne wyznaczanie i interpretacja komfortu termicznego z zastosowaniem wskaźników PMV i PPD oraz kryteriów lokalnego komfortu termicznego. Zawiera ona podział pomieszczeń na kategorie A, B i C, różnicujące pomieszczenia pod względem odczuć cieplnych.

  • Kategoria A – najwyższe wymagania w zakresie odczuć komfortu cieplnego, ze względu na obecność w pomieszczeniach użytkowników szczególnie wrażliwych, np. dzieci, osoby niepełnosprawne, chore lub w podeszłym wieku; przykładowo pomieszczenia w: żłobkach, przedszkolach, szpitalach, domach seniora i pomocy społecznej oraz łazienki, baseny itp.
  • Kategoria B – średnie wymagania w zakresie odczuć komfortu cieplnego, które powinny spełniać pomieszczenia w nowo oddawanych budynkach, o innych funkcjach niż wymienione w kategorii A, np. pomieszczenia mieszkalne, szkolne, biurowe.
  • Kategoria C – najgorsze akceptowalne warunki, zazwyczaj w istniejących budynkach, np. pomieszczenia biurowe o obniżonym standardzie, przemysłowe. Poszczególne kategorie opisywane są przez różne wskaźniki, takie jak: PMV (Predicted Mean Vote) – wskaźnik przewidywanego przeciętnego odczucia; PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied) – wskaźnik procentowy osób niezadowolonych z warunków termicznych odczuwalnych przez ciało. Również wskaźniki procentowe liczby osób odczuwających dyskomfort wywołany przez różne czynniki: DR (Draught Rating) – przeciąg, PDV (Percentage of Dissatisfied from Vertical air temperature difference between head and feet) – pionową różnicę temperatur, PDF (Percentage of Dissatisfied caused by warm or cold Floor) – podłogę ciepłą lub zimną, PDdelta (Percentage of Dissatisfied from radiant asymmetry) – asymetrię temperatury promieniowania.

 

W tab. 7 zestawione zostały wymagane wartości wskaźników, wyrażające dopuszczalny poziom odczuć użytkowników pomieszczeń, w zależności od kategorii komfortu cieplnego. Znajdują się tam również parametry związane z właściwościami cieplnymi podłóg/posadzek.

 

Tab. 7. Zestawienie wymaganych wartości wskaźników służących do oceny odpowiedniej klasy pomieszczeń w zależności od parametrów określających warunki komfortu cieplnego według normy [4]

 

Dyskomfort lokalny wyrażony wskaźnikiem PDF wywołany odczuciami związanymi z temperaturą posadzki zimnej lub ciepłej, określa się za pomocą wzoru:

gdzie: θF,m – temperatura powierzchni posadzki [oC].

Wyniki obliczeń wskaźnika PDF w zależności od temperatury powierzchni posadzki odnoszą się do przypadku podłogi ogrzewanej (wykres 1).

 

Wykres 1. Charakter zmiany wskaźnika komfortu cieplnego PDF uzależniony od temperatury powierzchni posadzki zestawiony z poziomami dopuszczalnymi dla różnych kategorii pomieszczeń i maksymalnymi wartościami temperatury powierzchniowej według normy [2]

 

Wykres 2. Charakter zmiany wskaźnika komfortu cieplnego PDV uzależniony od różnicy temperatury powietrza na poziomie głowy i kostek nóg człowieka, zestawionej z poziomami dopuszczalnymi dla różnych kategorii pomieszczeń, z zaznaczonymi maksymalnymi dopuszczalnymi wartościami różnicy temperatury według normy [2]

 

Najniższą wartość przyjmuje wskaźnik dyskomfortu, czyli najkorzystniejsze warunki uzyskuje się, kiedy temperatura powierzchniowa posadzki jest bliska 23,5oC. Korzystne warunki temperaturowe związane z odczuciami cieplnymi jest w stanie zapewnić podłoga ogrzewana, z temperaturą powierzchniową dochodzącą do 28oC, w przypadku pomieszczeń kategorii A i B, oraz nieco ponad 30oC, w przypadku pomieszczenia kategorii C. Takie parametry zapewnią oczywiście podłogi tylko w sytuacji działania systemu grzewczego. W okresie kiedy system grzewczy nie będzie działał, np. w okresie letnim, wskaźnik dyskomfortu może przyjąć inne wartości. Dyskomfort lokalny wyrażony jest również wskaźnikiem PDV, który wyraża skalę odczuć cieplnych związanych z różnicą temperatury powietrza w pionie na poziomie głowy i kostek nóg człowieka, znajdującego się w pozycji siedzącej. Parametr określany jest za pomocą wzoru:

 

gdzie: delta tv – różnica temperatury powietrza w pionie między głową a kostkami nóg człowieka [K]. Zestawienie wyników obliczeń wskaźnika PDV z dopuszczalnymi poziomami tego wskaźnika dla różnych kategorii odczuć cieplnych przedstawiono na wykresie 2. Wynika z niego, że aby spełnione było kryterium PDV z dopuszczalnymi poziomami tego wskaźnika dla różnych kategorii odczuć cieplnych przedstawiono na wykresie 2. Wynika z niego, że aby spełnione było kryterium PDV dla pomieszczeń kategorii A, różnica temperatury powietrza w pionie między głową a kostkami nóg człowieka nie powinna przekroczyć wartości ok. 2,7 K, dla kategorii B – 3,3 K, a dla kategorii C – 4,2 K. Z charakterystyki linii wskaźnika dyskomfortu PDV wynika, że wraz ze wzrostem różnicy temperatury między poziomem głowy i nóg człowieka pogarszają się odczucia cieplne. Przy różnicy sięgającej 5-6 K wartość wskaźnika wzrasta do 20-35%. Zauważalna jest w tym przypadku pewna analogia z wcześniej przedstawioną charakterystyką, wskazująca na to, że nie można przesadzać z wysokością temperatury powierzchni posadzki. Jeżeli w pomieszczeniu na poziomie głowy mamy temperaturę 25oC, to na poziomie kostek u nóg człowieka dobrze byłoby, aby nie przekraczała ona poziomu 28oC.

Izolacyjność cieplna podłóg ogrzewanych. Wnioski

  1. W przypadku konstrukcji podłogi ogrzewanej wymaganą na podstawie przepisów [1] izolacyjność cieplną (wsp. UC) należy uzyskać dla części przegrody znajdującej pod warstwą grzewczą.
  2. Zauważalna jest istotna różnica w wymaganiach dotyczących izolacyjności cieplnej warstw pod warstwą grzewczą w podłogach ogrzewanych według normy i w przypadku przyjęcia wymagań warunków technicznych [1]. Różnica ta dla niektórych konstrukcji dochodzi do 160% i dojdzie do 215%, kiedy zaczną obowiązywać przepisy warunków budowlanych w 2021 r.
  3. Według wymagań normowych w różnych rodzajach przegród wystarczy zastosować warstwy izolacyjne pod warstwą grzewczą o grubości 7-9 cm. Natomiast na podstawie wymagań warunków technicznych [1] grubość takiej warstwy powinna dochodzić do 14 cm w stropie nad pomieszczeniem ogrzewanym, 21 cm w stropie nad przejazdem w przypadku materiału izolacyjnego o przewodności cieplnej 0,040 W/(m K) i odpowiednio 9 i 13 cm, gdy zastosowano by materiał o przewodności 0,025 W/(m K).
  4. Pomieszczenia zaliczane do kategorii A i B powinny się charakteryzować temperaturą powierzchni posadzki w zakresie od 20 do 28oC, a w przypadku kategorii C – do 30oC. Najkorzystniejsze warunki uzyskuje się przy temperaturze powierzchniowej posadzki bliskiej 23,5oC.
  5. W przypadku kryterium PDV dla pomieszczeń kategorii A różnica temperatury powietrza w pionie między głową a kostkami nóg człowieka nie może przekroczyć wartości ok. 2,7 K, dla kategorii B – 3,3 K, a dla kategorii C – 4,2 K.

Literatura

  1. Obwieszczenie Ministra Infrastruktury i Rozwoju z dnia 8 kwietnia 2019 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu rozporządzenia Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. z 7 czerwca 2019 r. poz. 1065).
  2. PN-EN 1264-4:2009 Instalacje wodne grzewcze i chłodzące płaszczyznowe – Część 4: Instalowanie.
  3. PN-EN ISO 11855-5:2015-10 Projektowanie środowiska w budynku – Projektowanie, wymiarowanie, instalacja oraz regulacja wbudowanych systemów ogrzewania i chłodzenia przez promieniowanie – Część 5: Instalacja.
  4. PN-EN ISO 7730:2006 Ergonomia. Środowisko termiczne umiarkowane. Analityczne wyznaczanie i interpretacja komfortu termicznego z zastosowaniem wskaźników PMV i PPD oraz kryteriów lokalnego komfortu termicznego.

 

dr inż. Adam Ujma
Politechnika Częstochowska

 

www.facebook.com

www.piib.org.pl

www.kreatorbudownictwaroku.pl

www.izbudujemy.pl

Kanał na YouTube

Używamy cookies i podobnych technologii m.in. w celach: świadczenia usług, reklamy, statystyk. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień Twojej przeglądarki oznacza, że będą one umieszczane w Twoim urządzeniu końcowym. Pamiętaj, że zawsze możesz zmienić te ustawienia. Szczegóły znajdziesz w Polityce Prywatności.