Ogrzewanie podłogowe – zalety, rodzaje, wymagania i właściwości

Ogrzewanie podłogowe – zalety

Z  punktu widzenia wymagań odnoszących się do racjonalnego zużycia energii a równocześnie zapewnienia komfortowych warunków użytkownikom budynków jednym z korzystniejszych i coraz powszechniej stosowanych rozwiązań są systemy ogrzewania płaszczyznowego, w tym szczególnie ogrzewania podłogowego.

Fot. stock.adobe / vchalup

Stosowanie ogrzewania podłogowego w budynku pozwala obniżyć poziom zużycia ciepła na potrzeby eksploatacyjne, co ma bezpośrednie przełożenie na zmniejszenie emisji do środowiska produktów spalania paliw, w tym CO₂ i innych szkodliwych substancji. Ma to szczególne znaczenie w przypadku stosowania na potrzeby produkcji ciepła węgla, paliwa o bardzo wysokim stopniu uciążliwości w wyniku jego spalania. Uzyskuje się to w rezultacie dostarczenia ciepła na dużą powierzchnię, a nie punktowo do poszczególnych grzejników, co ma miejsce w tradycyjnym ogrzewaniu grzejnikowym. Pozwala to na obniżenie temperatury czynnika dostarczającego ciepło, które może być wytwarzane dzięki urządzeniom działającym w systemach niskotemperaturowych, wykorzystujących energię odnawialną z gruntu, promieniowania słonecznego i inne.

Zobacz też: Elektryczne ogrzewanie hybrydowe

Ogrzewanie podłogowe, w porównaniu z tradycyjnym grzejnikowym, charakteryzuje się bardziej równomiernym rozkładem temperatury w ogrzewanej przestrzeni. Dzięki temu możliwe jest obniżenie temperatury powietrza w pomieszczeniu, nawet o 2-3 K, w porównaniu z ogrzewaniem konwencjonalnym. Przy czym przy zastosowaniu ogrzewania podłogowego temperatura na poziomie stóp człowieka jest wyższa niż na poziomie głowy, co jest korzystne ze względów fizjologicznych. W odróżnieniu od ogrzewania powietrznego, również coraz częściej stosowanego, w ogrzewaniu płaszczyznowym unika się efektu przeciągu ze względu na to, że ciepło przekazywane jest do otoczenia przede wszystkim dzięki zjawisku promieniowania cieplnego. Osłabienie konwekcyjnego ruchu powietrza w omawianym systemie grzewczym sprzyja zmniejszeniu zjawiska unoszenia kurzu, co korzystnie wpływa na samopoczucie osób z problemami alergicznymi oraz dolegliwościami i schorzeniami dróg oddechowych.

Do zalet danego systemu zalicza się m.in. jego wkomponowanie w konstrukcję podłogi, co eliminuje potrzebę zapewnienia w przestrzeni pomieszczenia miejsca na dodatkowy sprzęt. Tę zaletę wymienia się czasami jako wadę, ponieważ stwarza ona ograniczenia w zakresie rozwiązania funkcjonalnego pomieszczeń. Właściwie należy już przed zaprojektowaniem instalacji ustalić rozkład mebli i innych sprzętów w pomieszczeniach, tak aby nie zasłaniały powierzchni grzewczej. Zaleca się także stosowanie mebli na nóżkach, w celu zapewnienia minimalnej cyrkulacji powietrza przy powierzchni grzewczej.

Podłoga – definicja

Warto wyjaśnić kwestie pojęć, które niejednokrotnie są błędnie stosowane. Przez pojęcie podłogi należy rozumieć poziomą przegrodę budowlaną składającą się z reguły z kilku warstw i innych elementów, pełniących różne funkcje, wśród których należy wymienić warstwy: podkładową, wyrównawczą, izolacyjną (z izolacją cieplną i/lub akustyczną), oraz powłoki: wodochronna i/lub parochronna. Cały ten układ warstwowy umieszczony jest na warstwie konstrukcyjnej lub wkomponowany w układ nośny, jak ma to miejsce np. w przypadku podłóg na legarach lub podłóg podniesionych, gdzie izolacja cieplna czy akustyczna może wypełniać przestrzenie między belkami lub słupkami i rusztem. Elementem konstrukcyjnym w podłogach na gruncie jest zazwyczaj płyta betonowa położona na gruncie lub warstwie podbudowy, natomiast w podłogach nad pomieszczeniami lub przestrzeniami powietrznymi występuje strop. Nieodłącznym elementem podłogi jest warstwa lub powłoka wykończeniowa od strony pomieszczenia, niezależnie od zastosowanego materiału określana jako posadzka. Często błędnie przez analogię do określenia stosowanego w terminologii warstwy użytkowej posadzka określana jest jako podłoga.

Polecamy: Izolacyjność cieplna podłóg ogrzewanych – wymagania

Ogrzewanie podłogowe – typy technologii

Podłogi ogrzewane mogą być wykonane w technologii mokrej, suchej lub mieszanej. Dotyczy to wykonywania warstw konstrukcyjnych, wyrównawczych i podkładowych. W warstwie podkładowej podłóg ogrzewanych, wykonanych w technologii mokrej, zatopione są przewody grzewcze, dzięki czemu warstwa ta staje się płaskim w formie elementem grzewczym. W technologii suchej przewody grzewcze umieszczane są bezpośrednio pod posadzką, często łączy się je z elementami wykonanymi z blachy aluminiowej, w formie lameli, tworzącymi żebra elementów grzewczych. Przewody mogą być również umieszczone w przestrzeni pod posadzką.

Działanie ogrzewania podłogowego możliwe jest dzięki wykorzystaniu jednego z dwóch rodzajów energii:

• ciepła, z wykorzystaniem jako nośnika energii wody i rzadziej powietrza, stąd określenie ogrzewanie wodne lub powietrzne;
• prądu, dzięki któremu odpowiednio nagrzewane są: kable, maty lub folie grzewcze.

W zależności od technologii ich wykonania i sposobu umieszczenia przewodów lub mat grzewczych przyjmuje się podział na ogrzewanie z elementami grzewczymi:

• zatopionymi w warstwie wylewki betonowej – technologia mokra (rys. 1);

Rys. 1. Przykładowe schematy podłogi ogrzewanej typu mokrego z wylewką betonową

• umieszczonymi w warstwie lekkiego betonu lub jastrychu, zastosowanie m.in. na lekkich konstrukcjach podłóg na legarach – technologia mokra (rys. 2);

Rys. 2. Przykładowe schematy podłogi ogrzewanej typu mokrego z jastrychem anhydrytowym

• umieszczonymi w warstwie lekkiego suchego jastrychu, zastosowanie m.in na lekkich konstrukcjach podłóg na legarach – technologia sucha (rys. 3);

Rys. 3. Przykładowe schematy podłogi ogrzewanej typu suchego z suchym jastrychem anhydrytowym

• znajdującymi się w podłodze na legarach, mocowanymi pod posadzką (od dołu) opartą na legarach lub w przestrzeni między legarami – technologia sucha (rys. 4);

Rys. 4. Przykładowe schematy podłogi ogrzewanej typu suchego z przewodami grzewczymi umieszczonymi między legarami (izolacja cieplna z folii bąbelkowej, z powłoką folii aluminiowej)

• mocowanymi w prefabrykowanych elementach z materiału termoizolacyjnego; elementy grzewcze są osłonięte od góry panelami – technologia sucha; w zagłębieniach w materiale izolacyjnym często się stosuje wyprofilowaną blachę aluminiową, tworzącą żebra, lamele w celu lepszego rozprowadzenia ciepła z przewodów grzewczych po powierzchni posadzki (rys. 5).

Rys. 5. Przykładowe schematy podłogi ogrzewanej typu suchego z przewodami grzewczymi umieszczonymi w materiale termoizolacyjnym

Wymagania odnoszące się do ochrony cieplnej podłóg

Podstawowym parametrem, wskazującym na izolacyjność cieplną podłogi w konstrukcji przegrody zewnętrznej budynku, jest współczynnik przenikania ciepła U_C, wyrażany w W/(m²K). Wymagania dotyczące tego parametru przytoczone w warunkach technicznych budowlanych formułowane są przede wszystkim do konstrukcji z podłogami nieogrzewanymi. Jednakże ponieważ podłogi ogrzewane stosowane są również w przegrodach zewnętrznych, w związku z tym ta część przegrody, która się znajduje między elementami grzewczymi a przestrzenią nieogrzewaną lub ogrzewaną, ale o znacznie niższej temperaturze niż pomieszczenie z układem grzewczym, musi również zapewniać odpowiednią izolacyjność cieplną. Według obecnych przepisów budowlanych [1], niezależnie od rodzaju budynku, wymagany poziom izolacyjności cieplnej konstrukcji, w których występują podłogi, kształtuje się, jak przedstawiono w tab. 1.

Tab. 1. Zestawienie wymaganej wartości maksymalnej współczynnika przenikania ciepła U_C(max) dla przegród z podłogą, w zależności od temperatury obliczeniowej powietrza w pomieszczeniach t_i lub różnicy temperatury między pomieszczeniami Δt_i [1]

W przypadku budynków gospodarczych, magazynowych lub produkcyjnych dopuszcza się przyjmowanie większych wartości współczynnika U_C, jeżeli uzasadnia to rachunek efektywności ekonomicznej inwestycji obejmującej koszty realizacji i eksploatacji budynku. Niezbędne jest wówczas wykonanie analizy kosztów w pewnym cyklu życia technicznego inwestycji, czyli swoistego rodzaju audytu energetycznego budynku i danej przegrody budowlanej. Przepisy nie precyzują jednak formy i zakresu wykonania wspomnianej analizy.
Kierunek rozwoju standardów izolacyjności cieplnej przegród budowlanych w Polsce wyznaczają wymagania opracowane dla budynków pasywnych i energooszczędnych. Zestawienie tych wymagań i zaleceń dla przegród z podłogami zawiera tab. 2, opisująca wymagania dla nieobowiązującego już programu wspierania finansowego realizacji budynków pasywnych i energooszczędnych typu NF 15 i NF 40.

Tab. 2. Zestawienie granicznych wymaganych wartości współczynnika przenikania ciepła U_C(wym) dla przegród z podłogą według wytycznych budownictwa pasywnego oraz typu NF 15 i NF 40

Zgodnie z rozporządzeniem [1] przy projektowaniu przegród stykających się z gruntem należy uwzględniać również inny wymóg odnoszący się do właściwości termoizolacyjnych.

Otóż w budynku mieszkalnym, zamieszkania zbiorowego, użyteczności publicznej, a także budynku produkcyjnym, magazynowym i gospodarczym, w ogrzewanym pomieszczeniu po obwodzie podłogi na gruncie, tj. w miejscu połączenia ze ścianą zewnętrzną, powinna być umieszczona warstwa izolacji cieplnej o oporze cieplnym nie mniejszym niż 2,0 m² K/W. W rozporządzeniu brak jest jednak danych precyzujących, jakiej szerokości powinien być wspomniany pas izolacji cieplnej. Biorąc pod uwagę wytyczne normy cieplnej, można przyjąć szerokość pasa izolacji, umieszczonej poziomo w podłodze lub w pionie na ścianie fundamentowej czy piwnicznej, nie mniejszy niż 1 m. W przypadku tej izolacji występuje pewna nieścisłość w odniesieniu do terminologii podanej w warunkach budowlanych i normie PN-EN ISO 13370:2008 Właściwości cieplne budynków. Wymiana ciepła przez grunt. Metody obliczania. Określana jest ona tam jako izolacja krawędziowa, uwzględniana w wartości współczynnika przenikania ciepła jako efekt liniowego mostka cieplnego.

Polecamy: Problem strat ciepła przez podłogi

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