Ogrzewanie podłogowe jest najpopularniejszą formą ogrzewania płaszczyznowego, do którego należy ogrzewanie ścienne i sufitowe. Spotykane jest już nie tylko w przeważającej części w budownictwie jednorodzinnym, ale także w budownictwie wielorodzinnym. Znajduje również szerokie zastosowanie w obiektach użyteczności publicznej oraz przemyśle.
Zasada działania ogrzewania podłogowego polega na wykorzystaniu zjawisk promieniowania (około 70%) oraz tzw. konwekcji (pozostałe około 30%) do kształtowania komfortu cieplnego w pomieszczeniu. Proporcje pomiędzy nimi zależą w znacznym stopniu od geometrii budynku oraz liczby przegród zewnętrznych. Komfort cieplny rozumiany jest zatem jako zadowolenie człowieka z mikroklimatu panującego w danym miejscu, w którym aktualnie się znajduje. Pomieszczenia charakteryzują się podwyższoną temperaturą powierzchni podłogi, co w następstwie powoduje zmniejszony odpływ ciepła od stóp do samej podłogi (szczególnie odczuwalny w przypadku zastosowania na podłodze materiałów ceramicznych). Związane jest to z dyfuzyjnością cieplną danego materiału, czyli stosunkiem współczynnika przewodzenia ciepła λ [W/mK ] do jego ciepła właściwego Cp [J/kgK ] i gęstości ρ [ kg/ m3 ]. W praktyce oznacza to, że im większa wartość dyfuzyjności cieplnej, tym materiał szybciej przewodzi ciepło (tab.1). Dla porównania stawiając stopę na płytce ceramicznej i na panelu podłogowym o tej samej temperaturze pokojowej, odczujemy, że płytka ma dużo niższą temperaturę niż panel.
Na idealne samopoczucie przy odczuwaniu komfortu cieplnego znaczący wpływ ma pionowy rozkład temperatury w danym pomieszczeniu, który przy zastosowaniu ogrzewania podłogowego jest praktycznie zbieżny z rozkładem idealnym (rys. 1).
Niższa temperatura: zasilania i …powietrza, a komfort cieplny ten sam
Ogrzewanie podłogowe działa przy znacznie niższych wartościach temperatury czynnika grzejnego: nie powinna ona na zasileniu przekraczać +55ºC, na powrocie zaś powinna być niższa o maksymalnie 10ºC. Jak łatwo się domyślić, najlepszymi źródłami ciepła są wysokowydajne kotły kondensacyjne i pompy ciepła. Dodatkowo, ze względu na sposób przekazywania ciepła, w pomieszczeniu można obniżyć temperaturę o 1-2ºC (średnio można przyjąć, że na 1ºC przypada około 6% oszczędności). Wynika to z faktu, że na temperaturę odczuwalną składa się w 50% temperatura powietrza i w pozostałych 50% temperatura podłogi oraz średnia temperatura powierzchni otaczających, podwyższona przez promieniowanie ciepłej podłogi.
Sposób oddawania ciepła przez ogrzewanie podłogowe gwarantuje, że ruch powietrza w pomieszczeniu jest ograniczony, co przekłada się na mniejszą cyrkulację kurzu i mniejsze wysuszenie powietrza. Szczególne ma to znaczenie dla alergików, którzy przebywając w pomieszczeniach z tradycyjnymi instalacjami grzewczymi (o większej różnicy temperatury pomiędzy powierzchnią grzejną a temperaturą powietrza sięgającej kilkudziesięciu stopni, co w rezultacie powoduje bardziej dynamiczny ruch powietrza w pomieszczeniu), są bardziej narażeni na negatywny wpływ skutków ogrzewania na dla ich zdrowia.
Jedną z najbardziej cenionych zalet ogrzewania podłogowego przez użytkowników indywidualnych jest estetyka. Daje ono nieograniczone możliwości aranżacyjne pomieszczeń, wszystkie elementy grzejne są bowiem schowane w posadzce.
Ślimak, meander, pętla…, czyli sposoby układania rur
Istotną i jakże bardzo ważną rzeczą jest odpowiedni dobór układu rozprowadzenia przewodów w danym pomieszczeniu. Możemy wyróżnić następujące rodzaje (rys. 2):
– pętlowy, tzw. ślimakowy – zapewniający równomierny rozkład temperatury na podłodze (rys. 2a),
– ślimakowy ze strefą brzegową (rys. 2b),
– meandrowy, znajdujący zastosowanie w przypadku pomieszczeń z przegrodami o wyraźnie większych stratach ciepła lub pomieszczeń z drewnianą konstrukcją podłogi (Rys. 2c),
– meandrowy ze strefą brzegową (rys. 2d),
– ślimakowy z odrębna strefą brzegową (rys. 2e).
Ogrzewanie podłogowe rozebrane na elementy
Na ogrzewanie podłogowe jak na każdy system składają się inne, poszczególne pozycje tworzące całość, bez których taki system nie istniałby. Każdy element w systemie ma określone zadanie i jest potrzebny dla innej pozycji. Składają się na niego następujące elementy:
– izolacja ze specjalną powłoką,
– przewody,
– elementy mocujące przewody w izolacji,
– elementy dylatacyjne,
– narzędzia służące do przymocowania przewodów do izolacji oraz do przygotowania rur do połączeń,
– rozdzielacze ze specjalnym wyposażeniem, służącym do regulacji hydraulicznej,
– szafki podtynkowe i natynkowe,
– pełna automatyka w zależności od potrzeb klienta indywidualnego.
Na rysunku 3 przedstawiono przekrój poprzeczny przez typowy – mokry system ogrzewania podłogowego wraz ze wszystkimi pozycjami wchodzącymi w jej skład.
Na wydajność ogrzewania płaszczyznowego ogromny wpływ mają ostatnie wykończeniowe warstwy podłogi, czy to będzie to panel drewniany, czy też deska, czy też płytki ceramiczne. W tab. 2 ( → kliknij i pobierz tabelę) przedstawiono wartości wydajności cieplnej podłogi dla różnych rozstawów i różnych wartości temperatury: zasilania, powrotu i w pomieszczeniu. Pokazana jest także dla tych parametrów temperatura na powierzchni podłogi w zależności od jej wykończenia.
Konieczna dylatacja
Podczas planowania podłogówki należy przestrzegać bardzo istotnych zasadach dotyczących stosowania elementów dylatacyjnych (taśmy i profile dylatacyjne). W skrócie ich stosowanie jest obligatoryjne gdy:
– powierzchnia płyta grzewcza > 40 m2,
– stosunek boków płyty grzewczej > 2:1,
– długość boków płyty > 8 m,
– płyta grzewcza ma złożony kształt (np. litery L).
Różnorodność systemów zależnie od obiektu
System mokry. Najbardziej rozpowszechnionym systemem ogrzewania podłogowego jest system mokry, w którym przewody centralnego ogrzewania zalane są w warstwie jastrychu cementowego lub anhydrytowego, a warstwę izolacji tworzą płaskie płyty styropianowe wyposażone już w np. fabrycznie przyklejoną warstwę folii lub w oddzielną folię , wymagającą trwałego przymocowania do podłoża. Zamiast płaskiej powierzchni mogą być tzw. „noppy” – tworzące swoistego rodzaju wypustki, pomiędzy którymi układa się rury grzejne. Tak naprawdę płyta taka składa się z dwóch warstw: dolnej, którą stanowi płyta styropianowa z wypustkami na górnej powierzchni oraz górnej, którą stanowi głęboko ciągniona, odporna na uderzenia folia polistyrenowa nałożona na wypustki. Innym materiałem wykorzystywanym do produkcji izolacji jest pianka poliuretanowa o zamkniętych porach. Stosuje się ją tam gdzie nie powinny być minimalne grubości warstw z powodu braku rezerwy wysokości w świetle elementów konstrukcyjnych pomieszczeń przy zachowaniu maksymalnej izolacyjności cieplnej. Często jest stosowany w obiektach przemysłowych i wystawowych, np. w salonach samochodowych z powodu jednej właściwości jakim jest przenoszenie obciążenia wynoszącym około 50 kPa.
System suchy. Rzadziej możemy spotkać się z ogrzewaniem podłogowym w systemie suchym. Stosuje się go tam, gdzie nie może być użyty tradycyjny, mokry system. Dotyczy to na przykład starych remontowanych budynków lub nowych, budowanych w technologii lekkiej z drewnianym stropem na legarach. Z uwagi na przenoszenie przez takie stropy niewielkich obciążeń praktycznie wyklucza się zastosowanie ciężkich wylewek betonowych. System suchy składa się z profilowanych płyt styropianowych, ze specjalnych profili z np. ocynkowanej blachy stalowej dla poprawienia przewodzenia ciepła i utrzymaniu rury grzewczych w płycie systemowej.
Inne systemy: w podłogach na legarach, w posadzkach przemysłowych…
Możemy je spotkać przy rozwiązaniach specjalnych, jak np.:
– sportowa podłoga oparta na drewnianych legarach, gdzie przewody c.o. ułożone są pomiędzy legarami i nie są zalewane żadną wylewką,
– w obiektach przemysłowych, gdzie wykorzystuje się przewody o większej średnicy niż dla budownictwa jedno- czy wielorodzinnego, mocując je do dolnej części zbrojenia żelbetowej płyty posadzki,
– na otwartych przestrzeniach, w których rury układane są bezpośrednio w warstwie betonu lub ewentualnie w warstwie podsypki piaskowej, np. podjazdy garażowe,
– wykorzystywane do funkcji dostarczania odpowiedniej ilości chłodu w okresie letnim, przy dużych zyskach cieplnych w budynkach biurowych o dużej powierzchni przeszklenia.
Oczywiście oprócz głównej warstwy izolacji, do której należy płyta systemowa jest jeszcze konieczne dodanie zwykłych płyt styropianowych, których wysokość uwarunkowana jest położeniem danego stropu czy też podłogi w budynku (czy to jest pomiędzy kondygnacjami czy też na gruncie).
Przewody do ogrzewania podłogowego
Od kilkunastu lat do systemu ogrzewania podłogowego stosuje się przewody z tworzywa sztucznego z polietylenu. Z uwagi na to, że parametry instalacyjne nie przekraczają +55ºC,a przewody osadzone są w wylewce, można stosować praktycznie wszystkie rodzaje przewodów sztucznych. Podstawowym rodzajem rury jest rura PE-X zbudowana z polietylenu usieciowanego metodą a, b lub c, co powoduje zwiększenie wytrzymałości i trwałości podczas wieloletniej eksploatacji. Tańszym jej odpowiednikiem jest rura PE-RT – rura polietylenowa o zwiększonej wytrzymałości na wysoką temperaturę poprzez metodę uszlachetnienia polietylenu. Pomiędzy sobą różnią się tak naprawdę tylko jednym czynnikiem, a mianowicie maksymalną temperaturę pracy.
Kolejne rury różnią się od swoich poprzedniczek dodatkową warstwą pomiędzy dwoma warstwami polietylenu, jakim jest aluminium. Z uwagi na mnogość warstw rury te są często nazywane wielowarstwowymi. Odmiany tej rury są następujące: PE-X/Al./PE-X, PE-RT/Al./PE-RT, PE-X/Al./PE.
Poszczególni producenci systemów rurowych dla łatwiejszego zapamiętania przez instalatora lub klienta, swojego wyrobu, uciekają się do dodania barwnika do polietylenu, tak aby cała długość rury była w jednym kolorze.
Mocowanie przewodów
W większości systemów ogrzewania podłogowego opartych na płaskich płytach styropianowych u każdego z producentów można zauważyć podobieństwo w sposobie mocowania przewodu do podłoża. Odbywa się to zazwyczaj specjalnym klipsem wbijanym na przewód za pomocą narzędzia nazywanego tackerem (rys. 11a i b). Jest to ukłon w stronę instalatorów, którzy nie muszą wbijać takich klipsów własnymi rękami.
Rozmieszcza się je praktycznie co 50 cm ze szczególnym zagęszczeniem na zakrętach przewodów. Na folii umieszczonej na górnej powierzchni płyty styropianowej jest zazwyczaj naniesiona fabrycznie podziałka umożliwiająca instalatorowi zachowanie odpowiednich rozstawów pomiędzy rurami.
W przypadku systemów z wypustkami ułożenie przewodów odbywa się na zasadzie wciśnięcia ich pomiędzy wystające wypustki.
Błędy projektowe i montażowe
Oczywiście przy planowaniu i rozkładaniu ogrzewania podłogowego można napotkać w późniejszych fazach na błędy projektowe i montażowe, które w przypadku ich niewyeliminowania mogą doprowadzić do poważnych skutków finansowych. Dlatego warto przygotować taką inwestycję od A do Z, w czym bardzo pomagają producenci systemów płaszczyznowych. Oto tylko niektóre z nich występujące najczęściej.
Brak projektu. Z uwagi na koszty związane z przygotowaniem projektu instalacji c.o. inwestor bardzo często decyduje się na wykonanie ogrzewania płaszczyznowego bez żadnej dokumentacji technicznej co niestety przy źle przyjętych założeniach oraz możliwości zmiany koncepcji architektonicznej lub wykończenia podłogi w późniejszym etapie budowy może skutkować bardzo poważnymi konsekwencjami w postaci zbyt małego poziomu nagrzewania danego pomieszczenia lub możliwością uszkodzenia samej podłogi.
Projekt instalacji centralnego ogrzewania zawiera wszystkie dane dotyczące każdego elementu w nim zastosowanego, a przede wszystkim zrównoważenie hydrauliczne instalacji, która ma odzwierciedlenie w postaci podawanych wartości nastaw dla każdego obiegu „podłogówki”.Zbyt długie obiegi.W dzisiejszym świecie coraz więcej za nas „robią” komputery, które w bardzo szybki sposób oraz w krótkim okresie czasu wykonują skomplikowane obliczenia na podstawie wprowadzonych danych. Należy przy tym pamiętać, że komputery są jedynie urządzeniami wspomagającymi projektowanie instalacji c.o., a osoba projektująca jest tą, która za taki projekt jest odpowiedzialna. W projektach domów jednorodzinnych można się spotkać z błędnie zaprojektowanymi pętlami ogrzewania podłogowego, które są zbyt długie i przekraczają ponad 120 mb. Z uwagi na, w zupełności inne, opory hydrauliczne niż w zwykłym grzejniku, zbyt długi przewód może skutkować brakiem przepływu czynnika grzewczego i żadne próby regulacji na rozdzielaczu podłogowym nie przyniosą rozwiązania. Taką pętlę najlepiej podzielić na kilka mniejszych obiegów pod względem długości.
Elementy dylatacyjne.W większości przypadków instalację ogrzewania wraz z niezbędnymi elementami dylatacyjnymi układa instalator, a następną fazę wykończenia podłogi np. płytkami lub panelami wykonuje inna osoba. W tym właśnie momencie następuje bardzo częsty błąd jakim jest np. odcinanie wystającej taśmy dylatacyjnej (umieszczona po całym obwodzie pomieszczenia) na równo z wysokością wykonanej wylewki i układanie płytek ceramicznych bezpośrednio od przegrody pionowej. Podłogówka jest podłogą pływającą i także ostatnia warstwa podłogi jest do niej zaliczana i nie może być na stałe przytwierdzana do ściany, ponieważ ruchy podłogi spowodują albo popękanie płytek albo zniszczenie fug pomiędzy nimi.
Instalacje jednopętlowe. Bardzo często możemy się spotkać z instalacjami jednopętlowymi ogrzewania podłogowego np. w łazience, bez wykorzystania rozdzielacza zamontowanego w szafce. Jest to pętla ogrzewania podłogowego podłączona z „powrotu” grzejnika łazienkowego, który jest wyposażony w głowicę termostatyczną reagującą na zmianę temperatury otoczenia w jej pobliżu. Jest to tzw. połączenie szeregowe. Wadą takiego rozwiązania jest fakt, że regulacja zarówno grzejnika łazienkowego, jak i pętli „podłogówki” odbywa się jedynie za pomocą głowicy termostatycznej. Gdy zamknie ona przepływ czynnika grzewczego na grzejnik łazienkowy to jednocześnie zamknie się przepływ do instalacji podłogowej. Inną wadą jest używanie takiego rozwiązania w instalacjach wysokotemperaturowych, gdzie na „powrocie” z grzejnika pojawia się wyższa temperatura niż możliwa maksymalna wartość na zasilaniu pętli wynosząca 55ºC.
Rys. 8 przedstawia podłączenie równoległe za pomocą tzw. RTL – ogranicznika temperatury powrotu. Z uwagi na różny sposób działania głowicy termostatycznej oraz zaworu RTL zagrożeniem dla prawidłowej regulacji temperatury w pomieszczeniu jest instalacja centralnego ogrzewania dla temperatury zasilania 70-60ºC. Gdy otworzy się przepływ wody na grzejniku łazienkowym, ciepła woda z jego powrotu może spowodować natychmiastowe zamknięcie ogranicznika i tym samym brak wymiany ciepła w obu urządzeniach grzewczych. W takiej sytuacji dane pomieszczenie może być przez zdecydowaną większość czasu chłodne, a temperatura powietrza poniżej wartości oczekiwanej.
Nieprawidłowy rozdzielacz.W wieloobiegowej instalacji c.o. mamy do czynienia z różnymi wielkościami każdej z pętli pod względem długości. Taki system wymaga od każdego obiegu odpowiedniego przydławienia lub otwarcia przepływu dla odpowiedniej ilości czynnika grzewczego. Bardzo częstym błędem popełnianym na etapie wykonywania (najczęściej z powodów finansowych) jest wybór nieprawidłowego rozdzielacza. Na rys. 9 pokazano dwa rozdzielacze.
Ten pierwszy ma na swoich belkach:
– wkładki termostatyczne do wykonania określonych nastaw,
– możliwość nakręcenia elementów sterujących tzw. napędów termicznych,
– przepływomierze, pozwalające na dokładną regulację prędkości czynnika grzewczego w poszczególnej pętli.
Ten drugi rozdzielacz jest to rozdzielacz tzw. „goły”, czyli bez elementów potrzebnych do zabiegów regulacyjnych, a jedynie proste zawory odcinające. Na takim rozdzielaczu na pewno nie uda nam się w sposób całkowicie poprawny dokonać jakiejkolwiek regulacji ani pod względem nastaw wstępnych, ani też prędkości przepływu.Brak wykonania dokładnej regulacji.Bardzo często po zamontowaniu i ułożeniu ogrzewania podłogowego wraz z warstwą jastrychu niedoświadczeni instalatorzy nie dokonują dokładnej regulacji instalacji ogrzewania podłogowego, która pozwalałaby w dalszym etapie eksploatacji cieszyć się odczuciem komfortu cieplnego. Pozostawiają zamontowane rozdzielacze z nastawami i przepływomierzami ustawionymi na wartości fabryczne. Każda instalacja jest jednak całkowicie inna i jej poszczególne obiegi różnią się od siebie długościami. Wkładki termostatyczne służą do ustawienia policzonej w dokumentacji technicznej nastawy wstępnej, na przepływomierzach zaś (rys. 10) trzeba precyzyjnie ustawić ilości przepływającego czynnika grzewczego.
Brak zestawu mieszającego.W instalacjach z dwoma różnymi systemami (grzejniki w połączeniu z ogrzewaniem podłogowym) bardzo często możemy się spotkać z sytuacją, gdy są one obsługiwane tylko i wyłącznie przez jedną pompę obiegową. Zawsze jednak układ z grzejnikami ma inne opory hydrauliczne niż układ ogrzewania podłogowego. W instalacji takiej (z jedną pompą pompującą czynnik grzewczy z jednakową prędkością) opory hydrauliczne jednego z systemów mogą być na tyle duże, że przewyższą wydatek pompy obiegowej, co w następstwie przełoży się na niedogrzewanie pomieszczeń.
Wymogiem, o którym się często zapomina przy zastosowaniu zestawu mieszającego, jest konieczność obniżenia temperatury na zasileniu ogrzewania podłogowego do poziomu 55ºC, gdy instalacja podłączona jest do źródła ciepła, którego temperatura czynnika grzewczego jest powyżej 60ºC. Na rys. 24 pokazano przykładowy układ mieszający zamontowany bezpośrednio przy rozdzielaczu zamontowanym w szafce podtynkowej. W rozbudowanej instalacji ogrzewania płaszczyznowego położonej na paru kondygnacjach można zastosować blok mieszający montowany w pomieszczeniu wraz z kotłem.
