W pomieszczeniu z ogrzewaniem podłogowym ustala się korzystny dla mieszkańców pionowy profil temperatury powietrza (cieplej w nogi, chłodniej w okolicach głowy). Autor podkreśla jednak, że ten typ ogrzewania jest stosunkowo trudny dla projektantów i wykonawców.
W pomieszczeniu z ogrzewaniem podłogowym ustala się korzystny dla mieszkańców pionowy profil temperatury powietrza (cieplej w nogi, chłodniej w okolicach głowy). Autor podkreśla jednak, że ten typ ogrzewania jest stosunkowo trudny dla projektantów i wykonawców.W przypadku zastosowania ogrzewania podłogowego podłoga – chociaż zewnętrznie nie różni się niczym od zwykłej podłogi – pełni jednocześnie funkcję grzejnika. Dlatego mówimy o grzejniku podłogowym lub o podłodze grzejnej. W pomieszczeniu, w którym zastosowano tylko ogrzewanie podłogowe, brak jest widocznych grzejników. Poprawia to wygląd wnętrza i ułatwia jego aranżację. W danym pomieszczeniu podłoga może być jedynym elementem dostarczającym ciepło lub może uzupełniać inny system grzewczy. Jeśli w pomieszczeniu nie występują inne grzejniki, to podłoga musi pokrywać całe zapotrzebowanie na ciepło pomieszczenia. Natomiast w przypadku, gdy grzejnik podłogowy współpracuje z innymi grzejnikami, może on dostarczać tylko część potrzebnego ciepła, zapewniając przede wszystkim efekt ciepłej podłogi. Jest to szczególnie pożądane w przypadku tzw. zimnych pokryć podłogowych (np. kamiennych czy ceramicznych).Korzystny rozkład temperatury Ogrzewanie podłogowe działa w inny sposób niż tradycyjne ogrzewanie konwekcyjne. Grzejnik podłogowy przekazuje do otoczenia więcej ciepła na drodze promieniowania, a mniej na drodze konwekcji. W pomieszczeniu z ogrzewaniem podłogowym ustala się korzystniejszy dla człowieka pionowy profil temperatury powietrza. W pobliżu podłogi powietrze jest cieplejsze, a wyżej chłodniejsze (cieplej w nogi, chłodniej w głowę). Jednocześnie różnice temperatury nie są zbyt duże. Natomiast tradycyjne grzejniki konwekcyjne wytwarzają odwrotny profil temperatury, co może powodować niepożądane odczucie chłodu w nogach i nadmiernego ciepła w okolicach głowy. Zjawisko to obrazuje rys. 1.
Rys. 1. Porównanie pionowego profilu temperatury powietrza (na podstawie Kollmara): a) ogrzewanie podłogowe zapewnia bardziej równomierny rozkład temperatury, zgodny w dużym stopniu z naturalnymi potrzebami cieplnymi człowieka; b) w przypadku ogrzewania konwekcyjnego pionowe zróżnicowanie temperatury jest większe i może być przyczyną dyskomfortu cieplnego
Warunki higieniczne Ogrzewanie podłogowe, podobnie jak inne systemy ogrzewań niskotemperaturowych, zapewnia dobre warunki higieniczne w ogrzewanych pomieszczeniach. Ze względu na to, że temperatura powierzchni ogrzewanej podłogi (maks. 29–35oC) jest niższa niż temperatura tradycyjnych grzejników konwekcyjnych (maks. 70–90oC), nie występuje zjawisko „przypiekania kurzu” na powierzchni grzejnika, które zaczyna się w temperaturze około 55oC. Jednocześnie, z uwagi na mniejszą cyrkulację powietrza w pomieszczeniu, z podłogi unosi się mniej kurzu. Jak wykazały badania, ogrzewanie podłogowe ogranicza rozwój roztoczy dzięki temu, że wilgotność względna w warstwie wykończeniowej podłogi utrzymuje się na poziomie poniżej 45%. W związku z tym ogrzewanie podłogowe jest korzystne dla alergików.Z punktu widzenia osób przebywających w pomieszczeniu bardzo ważną rolę odgrywają materiały użyte do budowy podłogi grzejnej, a zwłaszcza jej warstwy wykończeniowej. Chociaż temperatura powierzchni podłogi ogrzewanej wynosi maksymalnie 35oC, to w jej wewnętrznych warstwach może osiągać 55oC. W tej temperaturze wiele materiałów podłogowych, które są bezpieczne przy 20oC, może emitować substancje toksyczne.
Rys. 2. Pole temperatury w przekroju podłogi pokrytej klepką
Na rys. 2 przedstawiono przykładowe pole temperatury w przekroju podłogi ogrzewanej, pokrytej parkietem drewnianym. Jak widać, temperatura na powierzchni podłogi wynosi 28,6oC, co spełnia wymagania polskiej i europejskiej normy. Natomiast w warstwie kleju temperatura dochodzi prawie do 40oC. Dlatego przed zakupem materiałów podłogowych (np. paneli podłogowych czy kleju) należy upewnić się, czy mogą one zostać wykorzystane do budowy podłogi grzejnej. W handlu materiały takie często oznaczane są symbolem „ogrzewanie podłogowe”, takim jak na rys. 3 lub zbliżonym.Najbardziej naturalnymi materiałami wykończeniowymi dla podłóg ogrzewanych są pokrycia ceramiczne i kamienne. Materiały te zazwyczaj nie odkształcają się i nie emitują szkodliwych substancji w podwyższonej temperaturze. Natomiast pokrycia tekstylne, elastyczne i drewniane są dość kłopotliwe, chociaż niektóre z nich mogą być stosowane po spełnieniu odpowiednich wymagań technologicznych.{mospagebreak} Wydajność cieplna Grzejnik podłogowy jest jedynym typem grzejnika, z którym użytkownicy pomieszczeń pozostają przez dłuższy czas w bezpośrednim kontakcie. Dlatego zalecana średnia temperatura powierzchni podłogi wynosi 26°C. Jednak przy takiej temperaturze grzejnika podłogowego jego wydajność cieplna byłaby stosunkowo niewielka (ok. 65 W/m2). Dlatego maksymalna temperatura podłogi grzejnej może być wyższa i wynosić do 29oC. Przy czym w łazienkach dopuszcza się 33oC, a w strefach brzegowych 35oC.
Rys. 3. Symbol umieszczany na materiałach, które można stosować do podłóg grzejnych
Z uwagi na powyższe ograniczenie temperatury podłogi moc cieplna grzejnika podłogowego najczęściej nie przekracza 100 W/m2. Po przemnożeniu tej wartości przez powierzchnię podłogi, która ma być ogrzewana (nie zawsze będzie to cała powierzchnia podłogi), otrzymamy maksymalną moc cieplną możliwą do uzyskania w danym pomieszczeniu. Jeżeli jednak zapotrzebowanie na ciepło jest większe, to należy zastosować inny system grzewczy, połączyć ogrzewanie podłogowe z innym typem ogrzewania albo ograniczyć straty ciepła w pomieszczeniu (np. przez docieplenie ścian). Jako uzupełnienie ogrzewania podłogowego można zastosować szczytowy grzejnik elektryczny, który będzie pracował tylko w czasie występowania niskich temperatur zewnętrznych.Klasyfikacja ogrzewań podłogowych
Norma europejska PN-EN 1264-1 [5] wyróżnia trzy podstawowe typy grzejników podłogowych (rys. 4–6).
Rys. 4. Przekrój podłogi z ogrzewaniem. Typ A wg PN-EN 1264-1
Rys. 5. Przekrój podłogi z ogrzewaniem. Typ B wg PN-EN 1264-1
Rys. 6. Przekrój podłogi z ogrzewaniem. Typ C wg PN-EN 1264-1
{mospagebreak}W Polsce najbardziej rozpowszechniony jest system A (rys. 4). W rozwiązaniu tym rury grzejne znajdują się w warstwie jastrychu bezpośrednio nad izolacją cieplną i przeciwwilgociową lub powyżej (montaż za pomocą elementów dystansowych lub z wykorzystaniem tzw. płyt nopowych). W zależności od odstępu rur od izolacji cieplnej typ A dzieli się na trzy podtypy. Podział ten przedstawiono w tab. 1.Tabela 1. Podział typu A w zależności od odstępu rur od izolacji cieplnej
Typ Odstęp rur od izolacji cieplnej
A1
0 do 5 mm
A2
powyżej 5 do 15 mm
A3
powyżej 15 mm
Rozwiązanie oznaczone jako typ B (rys. 5) polega na umieszczeniu rur grzejnych w górnej części warstwy izolacji cieplnej. Grzejnik tego typu może być wykonany metodą suchą z wykorzystaniem płyt prefabrykowanych w miejsce wylewanego jastrychu. W metodzie tej czasami stosuje się żebra z płyt lub folii dobrze przewodzących ciepło. W takiej sytuacji można zredukować grubość płyt prefabrykowanych. Należy jednak pamiętać, że jednocześnie obniżeniu musi ulec temperatura wody zasilającej, ponieważ warstwa dobrze przewodząca ciepło nie tylko wyrównuje rozkład temperatury na powierzchni podłogi, ale również zwiększa wydajność cieplną grzejnika podłogowego i powoduje podwyższenie temperatury podłogi [4].
Stosunkowo najrzadziej stosowany jest typ C (rys. 6), gdzie przewody umieszczone są w warstwie jastrychu wyrównawczego, nad którym znajduje się warstwa rozdzielająca (np. podwójna folia PE) oraz jastrych.Wodne ogrzewanie podłogowe wykonuje się z wykorzystaniem jastrychu wylewanego lub tzw. jastrychu suchego. Jastrych wylewany stosowany jest najczęściej w budynkach nowych, natomiast w przypadku remontu wygodniejsze może być użycie suchego jastrychu prefabrykowanego.Budowa i wykonanie podłogi grzejnej Szczegółowo budowa podłogi zostanie omówiona opierając się na systemie A (rys. 7). Typowa podłoga grzejna składa się z następujących warstw:
konstrukcyjnej
izolacji cieplnej
izolacji przeciwwilgociowej
jastrychu
wykończeniowej.
Warstwa izolacji cieplnej Warstwa izolacji cieplnej, ułożona na stropie nad pomieszczeniem ogrzewanym, powinna zapewniać opór cieplny nie mniejszy niż 0,75 m2K/W, natomiast nad pomieszczeniem nieogrzewanym (np. piwnicą) – co najmniej 2,0 m2K/W, a w przypadku podłogi na gruncie wymagany jest opór 2,25 m2K/W. Oprócz izolacji poziomej należy stosować także izolację brzegową, która powinna być wykonana z materiału elastycznego (np. spienionego polietylenu). W tym celu najlepiej wykorzystać dostępne w handlu specjalne taśmy brzegowe.Warstwa izolacji przeciwwilgociowej Aby uniknąć zawilgocenia izolacji cieplnej w zetknięciu z warstwą jastrychu, na warstwie izolacji cieplnej należy ułożyć nieprzepuszczalną warstwę przeciwwilgociową – np. z folii polietylenowej lub aluminiowej grubości 0,2 mm. Przy ścianach folię należy wywinąć na zewnątrz. Nadmiar wywiniętej folii obcina się w końcowej fazie wykonania powierzchni grzejnej, po wylaniu, związaniu i wyschnięciu jastrychu. Jeśli podłoga leży na gruncie, warstwę izolacji przeciwwilgociowej należy ułożyć również pod izolacją cieplną.
Rys. 7. Budowa typowej podłogi grzejnej (typ A). Przekrój poprzeczny podłogi
Warstwa jastrychu Całkowita grubość warstwy jastrychu powinna wynosić min. 65 mm, w tym warstwa jastrychu nad rurami – min. 45 mm. Przed zabetonowaniem przewodów należy koniecznie przeprowadzić próbę szczelności pętli ogrzewania podłogowego, zgodnie z zaleceniami producenta danego systemu ogrzewania. Wskazane jest stosowanie specjalnych dodatków do jastrychu, dzięki którym lepiej przylega on do przewodów, a płyta grzejna ma lepsze właściwości termiczne i mechaniczne.Pojedyncza powierzchnia zalewowa nie powinna przekraczać 30–40 m2, a długość jej boku 5–8 m. Gdy powierzchnia podłogi w danym pomieszczeniu jest większa, należy ją podzielić na kilka oddzielnych grzejników podłogowych. Pomiędzy grzejnikami koniecznie trzeba wykonać szczeliny dylatacyjne, wypełnione materiałem trwale elastycznym. Należy tak projektować obwody grzewcze, aby w miarę możliwości nie przebiegały przez szczeliny dylatacyjne. Jeżeli jednak istnieje konieczność przeprowadzenia przewodu przez szczelinę dylatacyjną, należy umieścić go w rurze ochronnej o długości min. 20 cm po każdej stronie szczeliny.{mospagebreak} Jeśli podłoga będzie wykończona płytkami ceramicznymi lub kamiennymi, a także wtedy, gdy strop będzie silnie obciążony, zaleca się położenie zbrojenia w postaci siatki z drutu stalowego (o średnicy 3 mm) o oczkach 10 x 10 cm. Zbrojenie powinno być przerwane w miejscu szczelin dylatacyjnych.
Rys. 8. Wężownica meandrowa (układ wężownicowy)
Rys. 9. Wężownica z przewodu podwójnie złożonego (układ ślimakowy)
Rys. 10. Zagęszczenie przewodów w strefie brzegowej
Rys. 11. Zagęszczenie przewodów w strefie brzegowej w postaci osobnego obwodu
Rys. 12. Przykład prowadzenia przewodów grzejnych w pomieszczeniu o wydłużonym kształcie
Po 21–28 dniach od wylania jastrychu można rozpocząć jego wygrzewanie. Operacja ta powinna przebiegać stopniowo. Należy ją rozpocząć od temperatury zasilania nie przekraczającej 20oC, a następnie codziennie zwiększać ją o 5oC, aż do osiągnięcia temperatury obliczeniowej.Warstwa wykończeniowa podłogi Po wygrzaniu jastrychu można przystąpić do układania warstwy wykończeniowej podłogi. W czasie jej układania temperatura powierzchni jastrychu powinna wynosić około 20oC.Przed wyborem materiałów należy upewnić się, że wolno je stosować do wykończenia podłogi grzejnej. Płytki ceramiczne i naturalny kamień mogą być używane bez ograniczeń. Nie zaleca się natomiast pokrywania podłogi materiałami tekstylnymi, elastycznymi, a także drewnianymi. Wymagają one szczególnej uwagi. Pokrycia elastyczne i tekstylne – jeśli są stosowane – muszą być przyklejone dokładnie na całej powierzchni, tak aby później nie powstały wybrzuszenia w wyniku rozszerzania się materiału pod wpływem ciepła. Luźne ułożenie jest możliwe tylko wtedy, gdy wyraźnie dopuszcza je producent danego materiału. Zastosowany klej nie może zmieniać swojej struktury w wysokiej temperaturze. Do ułożenia parkietu również potrzebna jest odpowiednia masa wiążąca, odporna na wysoką temperaturę. Bardzo ważne jest, aby zawartość wilgoci w drewnie nie przekraczała 9%. Projekt ogrzewania podłogowego musi uwzględniać rodzaj wykończenia podłogi, ponieważ opór cieplny tej warstwy ma duży wpływ na ilość ciepła przekazywaną do pomieszczenia, a także na temperaturę powierzchni samej podłogi.{mospagebreak} Należy uwzględnić grubość warstwy wykończeniowej i współczynnik przewodzenia ciepła materiału, z jakiego jest wykonana. Wielkości te określają wartość oporu cieplnego pokrycia podłogi (tab. 2).Tabela 2. Orientacyjne właściwości cieplne wybranych materiałów wykończeniowych*
Materiał warstwy wykończeniowej
Grubość mm
Współczynnik przewodzenia ciepła, W/mK
Opór cieplny R, m2K/W
płytki ceramiczne
13
1,05
0,012
marmur z warstwą wiążącą
25
2,15
0,012
wykładzina dywanowa
0,07–0,17
linoleum
2,5
0,170
0,015
wykładzina PVC
2,0
0,20
0,010
PVC na filcu
5,0
0,058
0,086
PVC na korku
5,0
0,07
0,071
mozaika dębowa
8,0
0,21
0,038
klepka dębowa
22,0
0,21
0,105
parkiet korkowy
11,0
0,09
0,122
*Dokładne wartości mogą różnić się w zależności od konkretnych produktów.Wartość oporu cieplnego warstwy wykończeniowej wraz z warstwą wiążącą nie powinna przekraczać 0,15 m2K/W. Jeżeli nie dysponujemy informacjami na temat właściwości warstwy wykończeniowej, należy przyjmować wartość oporu cieplnego bliską wartości maksymalnej, tj. z przedziału 0,10–0,15 m2K/W. Dzięki temu, nawet jeśli później zastosujemy warstwę o dużym oporze cieplnym, grzejnik podłogowy będzie miał odpowiednią wydajność cieplną. Sposoby ułożenia rur grzejnych Wężownice grzejne najczęściej wykonane są z rur z polipropylenu, polietylenu sieciowanego (PEX), polibutenu lub miedzi. Rozstaw przewodów wężownicy zazwyczaj wynosi od 10 do 30 cm. Schemat prowadzenia przewodu w wężownicy powinien być określony w projekcie. Dwa podstawowe typy wężownic to wężownica meandrowa (rys. 8), zwana również układem wężownicowym, i wężownica z przewodu podwójnie złożonego (rys. 9), nazywana układem ślimakowym. Ten drugi układ jest szczególnie polecany, ponieważ zapewnia bardziej wyrównany rozkład temperatury podłogi niż układ meandrowy. W praktyce stosuje się również bardziej skomplikowane układy. W strefie brzegowej, przy ścianach zewnętrznych, często układa się przewody w zmniejszonym rozstawie. Zagęszczenie takie można uzyskać w ramach jednej pętli (rys. 10) lub wykonując oddzielny obwód tylko strefy brzegowej (rys. 11).W pomieszczeniach o wydłużonym kształcie (np. w korytarzach) dobrze sprawdzają się schematy przedstawione na rys. 12a i b. Łączą one cechy układu meandrowego i ślimakowego.Podsumowanie Z uwagi na posiadane właściwości ogrzewanie podłogowe można polecić przede wszystkim do pomieszczeń o szczególnie wysokich wymaganiach co do komfortu cieplnego i warunków higienicznych. Grzejniki podłogowe mogą uzupełniać inne systemy grzewcze, np. ogrzewanie konwekcyjne.Ogrzewanie podłogowe, podobnie jak inne systemy ogrzewania niskotemperaturowego, bardzo dobrze funkcjonuje w połączeniu z nowoczesnymi źródłami ciepła, takimi jak kocioł kondensacyjny czy pompa ciepła. Źródła te przy niższych temperaturach pracy czynnika osiągają wyższe sprawności [2].Natomiast pewną niedogodność ogrzewania podłogowego stanowi duża bezwładność cieplna, która utrudnia uzyskanie okresowego osłabienia ogrzewania, np. w czasie weekendowego wyjazdu. Poza tym ogrzewanie podłogowe można określić jako system stosunkowo trudny. Dlatego jego projektowanie warto powierzyć dobremu projektantowi, a wykonanie – ekipie posiadającej doświadczenie w wykonawstwie takich instalacji.dr inż. Michał StrzeszewskiInstytut Ogrzewnictwa i WentylacjiPolitechnika WarszawskaLiteratura1. R. Rabjasz, M. Dzierzgowski, Ogrzewanie podłogowe – poradnik, Centralny Ośrodek Informacji Budownictwa, Warszawa 1995.2. M. Rubik, Nowoczesne rozwiązania w technice ogrzewania, „Instalacje” nr 4/2000.3. M. Skrzeszewski, W. Gliniak, Wodne ogrzewanie podłogowe. Podstawowe informacje, „Ekspert Budowlany” nr 2/2004 (str. 70–73).4. M. Skrzeszewski, Analiza wymiany ciepła w przypadku zastosowania warstwy o wysokiej przewodności cieplnej nad przewodami centralnego ogrzewania w podłodze, COW nr 9/2005 (str. 23–25).5. PN-EN 1264-1:2005 Ogrzewanie podłogowe – System i jego części składowe – Część 1: Definicje i symbole.6. PN-EN 1264-2:2005 Ogrzewanie podłogowe – System i jego części składowe – Część 2: Określenie mocy cieplnej. 7. PN-EN 1264-3:2005 Ogrzewanie podłogowe – System i jego części składowe – Część 3: Wymiarowanie. 8. PN-EN 1264-4:2005 Ogrzewanie podłogowe – System i jego części składowe – Część 4: Instalowanie.
ZAMÓW PRENUMERATĘ
Artykuł zamieszczony w „Inżynierze budownictwa”, wrzesień 2007 r.
