Nowoczesne systemy ogrzewania w obiektach zabytkowych (1). Ciepło we dworze

W ocalałych dworach można obecnie spotkać układy c.o. Są to jednak instalacje montowane po II wojnie światowej w oparciu o rury dużych średnic wykonywane zazwyczaj niefachowo, bez uprzedniego przygotowania projektu instalacji. Ich użytkowanie jest nieekonomiczne. Zatem uzasadniona wydaje się chęć wymiany instalacji grzewczej na nowoczesną i oszczędną.

Dwory i pałace są trwałym elementem wpisanym w nasz krajobraz i historię. Były centrum życia kulturalnego i społecznego. Dekretem PKWN z dnia 6 września 1944 r. [1] ostatecznie odebrano je prawowitym właścicielom. Od 1945 r. tworzono w nich szkoły, przedszkola, biurowce ówczesnych PGR lub mieszkania komunalne. Wiele z nich, niszczone wojnami, a później zwykłym niedbalstwem, nie przetrwało do dziś. Obecnie obserwuje się działania, zazwyczaj prywatnych osób, zmierzające do odbudowy lub odrestaurowania siedzib ziemiańskich i przywrócenia im dawnej świetności. Budynki adaptuje się na cele mieszkalne (prywatne rezydencje) lub obiekty usługowe (sale ślubów, hotele, centra konferencyjne). Przygotowując się do takiej inwestycji, niezbędne jest przeprowadzenie kalkulacji kosztów eksploatacji obiektu. Jednym z jej elementów jest wybór rodzaju źródła ciepła i oszacowanie kosztów ogrzewania.

Fot. Otwór między dachem a szczytem murów zewnętrznych, dwór w Osowie. Fot. Artur Dudziak.

Dawniej źródłami ciepła we dworach były kominki, proste piece stalowe lub żeliwne ustawiane w poszczególnych pomieszczeniach, a w późniejszym czasie piece kaflowe, często bogato zdobione. W ocalałych dworach można obecnie spotkać układy centralnego ogrzewania. Są to jednak instalacje montowane po drugiej wojnie światowej, w oparciu o rury dużych średnic wykonywane zazwyczaj niefachowo, bez uprzedniego przygotowania projektu instalacji. Mimo, że w wielu przypadkach takie instalacje służą do dziś, ich użytkowanie jest nieekonomiczne. Zatem uzasadniona wydaje się chęć wymiany instalacji grzewczej na nowoczesną i oszczędną. W przypadku zabytkowych dworów proces inwestycyjny przebiega inaczej niż dla współczesnych budowli. Podczas wymiany istniejącej instalacji lub przy budowaniu jej od podstaw utrudnieniem dla inwestora staje się konieczność postępowania zgodnego z wytycznymi konserwatora zabytków oraz obowiązującymi przepisami określającymi sposób postępowania z zabytkami, które reguluje między innymi ustawa z dnia 23 lipca 2003 r. [2]. Następstwem decyzji o wymianie lub budowie instalacji jest: obliczenie zapotrzebowania na ciepło, wybór źródła ciepła, obliczenie przewodów instalacji i ich trasowanie, wybór materiałów do budowy instalacji.

Obliczanie ZC

Do budowy dworów używano rozmaitych materiałów. W wieku XVII i XVIII popularne było drewno. W późniejszym czasie zaczęto stosować technologię murowaną. W XIX wieku powszechne stało się budowanie dworów na kamiennych fundamentach, ze ścianami z cegły pełnej z zaprawą wapienną. Dachy na konstrukcji drewnianej pokrywaną dachówką ceramiczną, natomiast stropy dworu stanowiły belki drewniane często z wypełnieniem glinianym. Okna wykonywano z drewna w tzw. konstrukcji skrzyniowej. Aby nie zachwiać oryginalności budynku, wielu inwestorów decyduje się na ich pozostawienie, poddając je prostej renowacji. Bardzo trudno jest osiągnąć wysoką szczelność takich okien; stanowią więc jedną ze znaczących dróg utraty ciepła. Kolejnym miejscem, gdzie oczekiwać należy znacznych strat ciepła, jest poddasze. Zazwyczaj nie było ono zagospodarowane. W ocalałych dworach częste są sytuacje, że odnajduje się nieszczelności między dachem a szczytem murów zewnętrznych.

Wady te należy usunąć. Na poddaszu można umieścić warstwę materiałów izolacyjnych, które pomogą osiągnąć niższy współczynnik przenikalności cieplnej. W obiektach zabytkowych zazwyczaj nie wykonuje się tzw. ocieplenia ścian zewnętrznych z uwagi na częste, bogate zdobienia elewacji, które zostałyby takim zabiegiem zniszczone.

Obliczenia zapotrzebowania na ciepło (obciążenia cieplnego budynku) bardzo szczegółowo opisuje obowiązująca norma PN-EN 12831:2006 [3], która zastąpiła starszą i powszechnie stosowaną normę PN-B-02025 [4]. Norma przewiduje następujący algorytm obliczeń dla przestrzeni ogrzewanej [3]:

a) określenie wartości projektowej temperatury zewnętrznej i średniej rocznej temperatury zewnętrznej;

b) określenie statusu każdej przestrzeni (czy jest ogrzewana, czy nie) oraz wartości projektowej temperatury wewnętrznej dla każdej przestrzeni ogrzewanej;

c) określenie charakterystyk wymiarowych i cieplnych wszystkich elementów budynku dla wszystkich przestrzeni ogrzewanych i nieogrzewanych;

d) obliczenie wartości współczynnika projektowej straty ciepła przez przenikanie i następnie projektowej straty ciepła przez przenikanie przestrzeni ogrzewanej;

e) obliczenie wartości współczynnika projektowej wentylacyjnej straty ciepła i wentylacyjnej straty ciepła przestrzeni ogrzewanej;

f) obliczenie całkowitej projektowej straty ciepła;

g) obliczenie nadwyżki mocy cieplnej przestrzeni ogrzewanej, czyli dodatkowej mocy cieplnej, potrzebnej do skompensowania skutków przerw w ogrzewaniu;

h) obliczenie całkowitego projektowego obciążenia cieplnego przestrzeni ogrzewanej.

Po wykonaniu powyższego algorytmu uzyskuje się wyniki dla wszystkich przestrzeni ogrzewanych. Dla określenia całkowitego projektowego obciążenia cieplnego budynku, na podstawie którego będzie można dobrać źródło ciepła (na przykład kocioł), dalsze obliczenia należy wykonać według poniższego schematu [3]:

a) obliczenie sumy projektowych strat ciepła przez przenikanie we wszystkich przestrzeniach ogrzewanych bez uwzględnienia ciepła wymienianego wewnątrz określonych granic instalacji;

b) obliczenie sumy projektowych wentylacyjnych strat ciepła wszystkich przestrzeni ogrzewanych bez uwzględniania ciepła wymienianego wewnątrz określonych granic instalacji;

c) obliczenie całkowitej projektowej straty ciepła budynku;

d) obliczenie całkowitej nadwyżki ciepła budynku, wymaganej do skompensowania skutków przerw w ogrzewaniu;

e) obliczenie obciążenia cieplnego budynku.

Całkowitą projektowaną stratę ciepła oblicza się ze wzoru [3]

Fi = FT,i + FV,i [W], gdzie:

FT,i – projektowa strata ciepła ogrzewanej przestrzeni (i) przez przenikanie, [W],

FV,i – projektowa wentylacyjna strata ciepła ogrzewanej przestrzeni (i), [W].

Projektowaną stratę ciepła przestrzeni ogrzewanej przez przenikanie oblicza się następująco [3]:

FT,i = (Ht,ie + Ht,iue + Ht,ig + Ht,ij) * (qint,i – qe) [W], gdzie:

Ht,ie – współczynnik straty ciepła przez przenikanie z przestrzeni ogrzewanej (i) do otoczenia (e) przez obudowę budynku, [W/K],

Ht,iue – współczynnik straty ciepła przez przenikanie z przestrzeni ogrzewanej (i) do otoczenia (e) przez przestrzeń nieogrzewaną (u), [W/K],

Ht,ig – współczynnik straty ciepła przez przenikanie z przestrzeni ogrzewanej (i) do gruntu (g) w warunkach ustalonych, [W/K],

Ht,ij – współczynnik straty ciepła przez przenikanie z przestrzeni ogrzewanej (i) do sąsiedniej przestrzeni (j) ogrzewanej do znacząco różnej temperatury, tzn. przyległej przestrzeni ogrzewanej w tej samej części budynku lub w przyległej części budynku, [W/K],

qint,i – projektowa temperatura wewnętrzna przestrzeni ogrzewanej (i), [°C],

qe – projektowa temperatura zewnętrzna, [°C].

Z uwagi na specyfikę obiektu, jakim są zabytkowe dwory, szczególną uwago winno się poświęcić współczynnikowi straty ciepła przez przenikanie z przestrzeni ogrzewanej do otoczenia przez obudowę budynku. Oblicza się go zgodnie ze wzorem [3]:

Ht,ie  = SAk * Uk * ek + Syl + ll + el [W/K], gdzie:

Ak – powierzchnia elementu budynku (k), [m2],

Uk – współczynnik przenikania ciepła przegrody (k), [W/m2K],

ek, el – współczynniki korekcyjne ze względu na orientację, z uwzględnieniem wpływów klimatu, takich jak: różne izolacje, absorpcja wilgoci przez elementy budynku, prędkość wiatru i temperatura powietrza, w przypadku gdy wpływy te nie zostały wcześniej uwzględnione przy określaniu wartości współczynnika Uk,

yl – współczynnik przenikania ciepła liniowego mostka cieplnego (l), [W/(m * K)],

ll- długość liniowego mostka cieplnego (l) między przestrzenią wewnętrzną a zewnętrzną, [m].

Dla przegrody jednorodnej współczynnik przenikania ciepła przyjmuje postać:

Uk = l/d, gdzie:

l – współczynnik przewodzenia ciepła [W/(m * K)],

d – grubość przegrody [m] – istotny element z uwagi na dużo większe grubości ścian niż w budowlach współczesnych.

Współczynnik przewodzenia ciepła jest cechą charakteryzującą materiał. W prowadzonych obliczeniach jego znaczenie jest szczególnie ważne, ponieważ zabytkowe dwory budowano z materiałów innych niż obecnie. Powszechna do budowy ścian dworów była cegła pełna. Współczynnik przewodzenia ciepła normy [8, 9] podają 0,77 W/(m * K) dla warunków średnio wilgotnych i 0,91 W/(m * K) dla warunków wilgotnych. Dla porównania warto zwrócić uwagę na wartości współczynnika przewodzenia ciepła dla popularnych obecnie materiałów. Przykładem może być beton komórkowy, dla którego norma podaje wartość od 0,25 do 0,38 W/(m * K) dla warunków średnio wilgotnych, w zależności od gęstości materiału. Podczas obliczeń uwzględnia się także pomieszczenia piwniczne, których ściany wykonywane były często z kamienia, dla których norma [8] podaje l = 2,5 W/(m * K) dla warunków średnio wilgotnych oraz 2,8 dla warunków wilgotnych. W normach [8, 9] znaleźć można także wartości współczynników  dla drewna różnych gatunków oraz gliny, które są przydatne przy obliczaniu strat ciepła dla stropów i dachów zabytkowych dworów.

W kolejnej części skupię się m.in. na wyborze źródła ciepła.

dr inż. Artur Dudziak

Literatura:

[1] Dekret PKWN z dnia 6 września 1944 r. o przeprowadzeniu reformy rolnej (Dz. U. z 1944 r. Nr 4 poz. 17 ze zmianami).

[2] Ustawa z dnia 23 lipca 2003 r. o ochronie zabytków i opiece nad zabytkami (Dz. U. nr 162 z 2003 poz. 1568, ze zmianami).

[3] PN-EN 12831:2006 Instalacje ogrzewcze w budynkach. Metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego.

[4] PN-B-02025 Obliczanie sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania budynków mieszkalnych i zamieszkania zbiorowego.

[5] Rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz. U. nr 75 poz. 690 z 2002 r. ze zmianami).

[6] PN-B-02411-1987 Kotłownie na paliwo stałe.

[7] PN-EN 12828:2006 Instalacje ogrzewcze w budynkach. Projektowanie wodnych instalacji centralnego ogrzewania.

[8] PN-EN ISO 6946 Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła.

[9] PN-EN 12524:2003 Materiały i wyroby budowlane. Właściwości cieplno-wilgotnościowe. Tabelaryczne wartości obliczeniowe.

Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij