Ogrzewania płaszczyznowe od A do Z. Ciepła powierzchnia

Konieczność ogrzewania pomieszczeń wynika z warunków klimatycznych. Obowiązek stosowania instalacji ogrzewczych lub urządzeń ogrzewczych wynika wprost z polskiego prawa budowlanego. W Rozporządzeniu [1], § 132. 1., zapisano: „Budynek, który ze względu na swoje przeznaczenie wymaga ogrzewania, powinien być wyposażony w instalację ogrzewczą lub inne urządzenia ogrzewcze, niebędące piecami, trzonami kuchennymi lub kominkami”. Rozporządzenie to przewiduje dwa rodzaje instalacji ogrzewczych. Pierwszym z nich może być instalacja ogrzewcza wodna, zgodnie z § 133. 1. „Instalację ogrzewczą wodną stanowi układ połączonych przewodów wraz z armaturą, pompami obiegowymi, grzejnikami i innymi urządzeniami, znajdujący się za zaworami oddzielającymi od źródła ciepła, takiego jak kotłownia, węzeł ciepłowniczy indywidualny lub grupowy, kolektory słoneczne lub pompa ciepła.”. Drugą z nich może być instalacja ogrzewcza powietrzna zgodnie z § 133. 2. „Instalację ogrzewczą powietrzną stanowi układ połączonych kanałów i przewodów powietrznych wraz z nawiewnikami i wywiewnikami oraz elementami regulacji strumienia powietrza, znajdujący się pomiędzy źródłem ciepła podgrzewającym powietrze a ogrzewanymi pomieszczeniami. Funkcję ogrzewania powietrznego może także pełnić instalacja wentylacji mechanicznej”.

 

Podłogi, ściany, sufity…

 

Istnieje wiele sposobów ogrzewania pomieszczeń oraz istnieje wiele dróg na doprowadzenie ciepła. Jednym ze sposobów ogrzewania pomieszczeń jest zastosowanie ogrzewania płaszczyznowego. W ogrzewaniu płaszczyznowym ciepło do ogrzewanych pomieszczeń doprowadzane jest przez ciepłą powierzchnię przegród w postaci podłóg, ścian lub sufitów. Przez wykorzystanie przegród budowlanych ogrzewanie płaszczyznowe charakteryzuje się relatywnie dużą powierzchnią wymiany ciepła w stosunku do tradycyjnych systemów ogrzewczych. Duża powierzchnia wymiany ciepła oznacza możliwość większego udziału promieniowania w przenoszeniu ciepła w porównaniu do konwekcji w tradycyjnym ogrzewaniu grzejnikowym. W ogrzewaniu płaszczyznowym cała powierzchnia przegrody bierze udział w emisji ciepła, przez co mamy do czynienia z równomiernym rozprowadzeniem ciepła oraz redukcją stratyfikacji temperatury. W przypadku ogrzewania podłogowego występuje minimalna konwekcja naturalna i brak przeciągów. Uzyskujemy profil temperatury zbliżony do teoretycznego profilu idealnego.

Na stan komfortu cieplnego, odczuwanego przez człowieka, ma wpływ odpowiednia temperatura otaczających przegród oraz temperatura powietrza w ogrzewanym pomieszczeniu. Zgodnie z wykresem Königa, obszar temperatury powietrza oraz otaczających przegród, gdzie możemy mówić o komforcie, jest stosunkowo mały. Można go powiększyć, jeśli będzie zastosowane ogrzewanie powierzchniowe.

 

Wodą albo prądem

 

Obecnie najczęściej wykonuje się ogrzewanie płaszczyznowe wodne lub elektryczne. W starożytnej Grecji od ok. IV w. p.n.e. oraz w starożytnym Rzymie od ok. I w. p.n.e. były wykorzystywane tzw. Hypocaustum [3] do ogrzewania pomieszczeń. Był to system, który zaklasyfikowalibyśmy obecnie jako system ogrzewania podłogowego lub podłogowo-ściennego powietrznego, gdzie ciepłe powietrze ogrzewane było przez piec w dolnej części budynku, przepływało przez kanały w podłodze lub ścianach, ogrzewając pomieszczenia. Podobny system powietrzny, bliższy naszym czasom, można zaobserwować na zamku krzyżackim w Malborku, gdzie w kanałach pod podłogą przepływało ciepłe powietrze.

Systemy ogrzewania płaszczyznowego, takie jak ogrzewanie podłogowe, ścienne czy sufitowe, stają się już powszechne za sprawą komfortu użytkowania oraz wysokiej efektywności energetycznej. Komfort użytkowania wiąże się z brakiem grzejników, zaś powierzchnie grzejne stanowią istniejące podłogi, ściany lub sufit. Bieżące czynności konserwacyjne, ze względów użytkowych, przegród budowlanych, są w zupełności wystarczające dla zapewnienia wysokiej efektywności energetycznej grzejnika wielkopowierzchniowego.

 

Duża powierzchnia grzejna

 

Nie bez znaczenia jest fakt, że wraz z dużym polem powierzchni grzejnej w sposób naturalny można obniżyć jej temperaturę, a więc także temperaturę czynnika grzewczego. Niższa temperatura czynnika grzewczego pozwala zastosować alternatywne źródła ciepła, takie jak kolektory słoneczne w okresie przejściowym, lub podnieść efektywność energetyczną pomp ciepła oraz kotłów kondensacyjnych. System ogrzewania powierzchniowego może współpracować w układach ze źródłami ciepła pracującymi w układzie biwalentnym, np. z pompą ciepła typu powietrze-woda i kominkiem z płaszczem wodnym.

Duża powierzchnia grzejna o stałej temperaturze powoduje jednorodne i intensywne pole promieniowania cieplnego, a zatem dla zapewnienia komfortu cieplnego można obniżyć średnią temperaturę powietrza w pomieszczeniu. Każde obniżenie temperatury powietrza o 1oC powoduje oszczędność na zużyciu energii cieplnej do 5%.

 

Zalety

 

Zalety ogrzewania powierzchniowego:

  • komfort i wygoda użytkowania,
  • duży udział ciepła przekazywanego przez promieniowanie,
  • pionowy profil temperatury zbliżony do idealnego,
  • mała cyrkulacja powietrza,
  • brak roznoszenia kurzu i roztoczy,
  • brak zabrudzenia ścian,
  • powierzchnie grzewcze nie wymagają specjalnej konserwacji,
  • mniejsze straty ciepła w wysokich pomieszczeniach,
  • dobra izolacja akustyczna pomieszczeń,
  • szeroki wybór źródeł ciepła.

Wady i ograniczenia ogrzewania powierzchniowego:

  • niebezpieczeństwo zniszczenia przy pracach budowlanych,
  • konieczność naruszenia przegród w istniejących obiektach,
  • ograniczenia w zakresie pokrycia powierzchni grzewczej (dodatkowa izolacja),
  • ograniczona wydajność jednostkowa strumienia ciepła (W/m2),
  • duża bezwładność działania,
  • brak możliwości rozbudowy bez prac budowlanych.

 

Wydajność cieplna grzejnika płaszczyznowego

 

Wydajność cieplna grzejnika płaszczyznowego zależy od wielu czynników, takich jak temperatura w ogrzewanym pomieszczeniu, powierzchnia wymiany ciepła, rodzaj wykończenia, konstrukcja grzejnika, średnica, rodzaj i rozstaw rur w grzejniku, temperatura i strumień czynnika grzewczego. Zmieniając razem lub osobno każdy z wymienionych czynników, wpływamy na wydajność grzejnika płaszczyznowego. W praktyce część z wymienionych parametrów jest mocno ograniczona, a niejednokrotnie jest wręcz narzucona. Temperatura w ogrzewanym pomieszczeniu zależy od jego przeznaczenia. Warunki Techniczne [1] ściśle określają jej wartość, zgodnie z §134.2. Oczywiście na życzenie inwestora można powyższe temperatury nieco zawyżyć. Powierzchnia wymiany ciepła w przypadku grzejników płaszczyznowych ograniczona jest powierzchnią przegród w pomieszczeniu, którą chcemy lub możemy wykorzystać do celów grzewczych. W przypadku ogrzewania podłogowego jest to niezasłonięta meblami lub elementami wyposażenia powierzchnia podłogi. Rodzaj wykończenia związany jest z funkcją pomieszczenia i narzucony jest przez architekta lub inwestora. Rodzaj i średnica rur zastosowanych w ogrzewaniu płaszczyznowym nie ma istotnego wpływu na wydajność cieplną grzejnika. Średnica ma istotne znaczenie przy oporach hydraulicznych związanych z przepływem czynnika grzewczego. Jeśli natomiast zadany przepływ zostanie uzyskany, średnica rur w ogrzewaniu płaszczyznowym ma drugorzędne znaczenie. Związane jest to z faktem, że zasadniczy opór cieplny związany z przenikaniem ciepła występuje pomiędzy powietrzem w ogrzewanym pomieszczeniu a powierzchnią grzewczą grzejnika. Istotny wpływ na wydajność grzejnika płaszczyznowego ma rodzaj wykończenia, rozstaw rur oraz temperatura i strumień czynnika grzewczego. W praktyce instalacyjnej rodzaj wykończenia jest narzucony, zaś strumień czynnika jest tak dobierany, aby wychłodzenie czynnika grzewczego mieściło się w granicach 8-12oC. Dlatego też wydajność grzejnika płaszczyznowego determinuje rozstaw rur i temperaturę czynnika grzewczego. W praktyce czynnik grzewczy o takiej samej temperaturze zasila kilka grzejników, zaś ich wydajność ustala się przez zmianę rozstawu rur. W literaturze można spotkać różne metodologie obliczania parametrów ogrzewania płaszczyznowego. Najbardziej znanymi są metoda trapezów opracowana przez prof. Wasilewskiego [4] oraz metodologia proponowana przez Polską Normę [6]. Uzyskanie odpowiedniej wydajności instalacji ogrzewania podłogowego zależy w dużej mierze od spełnienia szeregu podstawowych kryteriów zawartych w przedmiotowej normie. Zawiera ona między innymi klasyfikację systemów ogrzewania podłogowego oraz informacje o wymaganiach ogólnych. Norma ta dzieli się na 5 części [5-9].

Tematem następnego artykułu będzie komfort ciepłej podłogi.

Grzegorz Ojczyk

Literatura:

[1] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dziennik Ustaw nr 75, Poz. 690, wraz z nowelizacjami).

[2] Materiały firmowe Vertis Construction (http://www.vertis-construction.pl)

http://www.info-ogrzewanie.pl/artykul,id_m-100110,t-ogrzewanie_scienne.html

[3] S. Parnicki-Pudełko, „Budownictwo starożytnej Grecji w okresach od archaicznego do rzymskiego”, Zakład Narodowy im. Ossolińskich, Wrocław 1962.

[4] W. Wasilewski, „Model obliczeniowy i metodyka określania mocy cieplnej grzejników płaszczyznowych”, Instytut Ogrzewnictwa i Wentylacji PW, Warszawa 1974.

[5] PN-EN 1264-1:2011E – Wbudowane płaszczyznowe wodne systemy ogrzewania i chłodzenia – Część 1: Definicje i symbole.

[6] PN-EN 1264-2+A1:2013-05E – Wbudowane płaszczyznowe wodne systemy ogrzewania i chłodzenia – Część 2: Ogrzewanie podłogowe: Obliczeniowa i badawcza metoda określania mocy cieplnej.

[7] PN-EN 1264-3:2009E – Instalacje wodne grzewcze i chłodzące płaszczyznowe – Część 3: Wymiarowanie.

[8] PN-EN 1264-4:2009E – Instalacje wodne grzewcze i chłodzące płaszczyznowe – Część 4: Instalowanie.

[9] PN-EN 1264-5:2008E – Wbudowane płaszczyznowe wodne systemy ogrzewania i chłodzenia – Część 5: Systemy ogrzewające i chłodzące wbudowane w podłogi, sufity lub ściany – Określanie mocy cieplnej.

[10] PN-B-02403:1982P – Ogrzewnictwo – Temperatury obliczeniowe zewnętrzne.

[11] PN-B-03421:1978 – Wentylacja i klimatyzacja – Parametry obliczeniowe powietrza wewnętrznego w pomieszczeniach przeznaczonych do stałego przebywania ludzi.

[12] Materiały firmowe HERZ Armatura i Systemy Grzewcze Spółka z o.o. (www.herz.com.pl).

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