Coraz częściej w mieszkaniach lub domach jednorodzinnych możemy spotkać, a wręcz przerodziło się w stosowanie standardowe, instalacje tzw. mieszane. Najczęściej są to układy składające się z typowych urządzeń grzewczych jak naścienne grzejniki płytowe, montowane pod parapetami okiennymi oraz pętle ogrzewania podłogowego. Jednakże są przypadki gdy w całym budynku czy też lokalu zamontowana jest jedynie jedna lub dwie pętle podłogówki. Najczęściej ogrzewanie podłogowe montowane jest w łazience, kuchni czy też przedpokoju. Jak rozsądnie wykonać takie połączenie, biorąc oczywiście pod uwagę nakład kosztów inwestycyjnych oraz to, aby działanie instalacji c.o. przyniosło oczekiwane poczucie komfortu cieplnego. O czym należy pamiętać przy takim skonfigurowaniu?
Parametry pracy instalacji
Dzięki nowoczesnym technologiom i tendencjom do stosowania materiałów o coraz lepszych właściwościach izolacyjnych, współczesne budynki charakteryzują się coraz niższym zapotrzebowaniem na ciepło. Zasada ta dotyczy nie tylko nowych budynków, ale także tych remontowanych. W budynkach nowych lub poddanych termomodernizacji wskaźnik obciążenia cieplnego wynosi często mniej niż 40 W/m2. W praktyce do ogrzania takiego budynku do optymalnej temperatury 20°C wystarczają niższe parametry wody zasilającej instalację grzewczą. Zamiast tradycyjnie przyjmowanej temperatury 75°C czy 70°C dla wody zasilającej, z powodzeniem można dla takich nowoczesnych budynków obniżyć obliczeniowe parametry wody zasilającej do temperatur rzędu 55°C czy nawet 45°C. Takie podejście do zagadnienia pozwala na zastosowanie rozwiązań systemów grzewczych, które z powodzeniem mogą wykorzystywać alternatywne źródła ciepła, takie jak chociażby pompy ciepła.
Kluczowymi parametrami w doborze zarówno wiszących urządzeń grzewczych, jak również pętli ogrzewania podłogowego jest wartość temperatury na przewodzie zasilającym oraz wartość temperatury na przewodzie powrotnym. To one w sposób decydujący wpływają na wydajność cieplną grzejnika, a tym samym na jego wielkość. Im wyższe są wartości temperatury, tym grzejnik płytowy ma większą wydajność cieplną, a tym samym mniejsze rozmiary. Przy ogrzewaniu podłogowym należy pamiętać o nieprzekraczaniu wartości temperatury na zasilaniu więcej niż +55ºC, co spowodowałoby przykre konsekwencje nie tylko dla powierzchni podłogi, pod którą została zamontowana pętla, ale również na odczucie komfortu cieplnego przez użytkowników.
Mieszać czy nie mieszać? A jeśli mieszać, to jak?
Dobrą praktyką zarówno na drodze projektowania jak i na samym etapie wykonawstwa jest stosowanie układów mieszających (rys.1). Nawet wtedy, gdy źródłem ciepła będzie kocioł kondensacyjny czy też pompa ciepła to przy dużej liczbie pętli – często też dość długich – ogrzewania podłogowego połączonych z instalacją grzejnikową powinno się stosować tzw. układy mieszające, które pozwalają na nieprzekraczanie wartości temperatury dopuszczalnej na zasileniu podłogówki.
Drugą zaletą umieszczania „mieszczaczy” jest fakt, że w sytuacji drastycznie niskiej temperatury zewnętrznej większej niż wartość projektowej zewnętrznej temperatury uzależnionej od danej strefy klimatycznej, zawsze fizycznie możemy podnieść temperaturę zasilania na źródle ciepła (tracąc na sprawności tego źródła), co spowoduje wzrost wydajności cieplnej z grzejników naściennych, ale nie spowoduje przekroczenia +55ºC na podłogówce.
W przypadku istnienia tylko jednej czy też dwóch pętli ogrzewania podłogowego w obiekcie np. w łazience lub w kuchni, należy poważnie się zastanowić czy potrzebny jest nam układ mieszający. Wszystko uzależnione jest od tego, jakie mamy źródło ciepła oraz czy w danym pomieszczeniu będą tylko i wyłącznie pętle ogrzewania płaszczyznowego, czy też oprócz nich będzie jeszcze grzejnik łazienkowy (nawet tylko z przeznaczeniem do suszenia mokrych ręczników). Rozpatrzmy parę różnych przypadków:
a) Źródło ciepła – zwykły kocioł niekondensacyjny; pomieszczenie wyposażone w 1 pętlę podłogówki; bez dodatkowych grzejników (schemat 1).
Do najprostszych elementów służących do podłączenia 1 pętli ogrzewania płaszczyznowego bez dodatkowego urządzenia grzewczego służą proste zawory typu RTL (rys.2). Są one bardzo często nazywane także jako ograniczniki temperatury powrotu. Składają się z zaworu termostatycznego oraz z głowicy termostatycznej a całość montuje się na przewodzie powrotnym. Zasada działania takiego elementu jest bardzo prosta. Na termostacie nastawia się maksymalną wartość temperatury czynnika grzewczego jaką ma przepuszczać zawór termostatyczny. Najczęściej wartości mieszczą się w zakresie 10-50ºC, a wartością fabrycznie ustawioną jest 40ºC. Po przekroczeniu temperatury wody krążącej w pętli powyżej wartości ustawionej na termostacie zawór termostatyczny zamyka przepływ czynnika grzewczego przez pętle, ponowne zaś otwarcie możliwe jest tylko i wyłącznie w sytuacji, gdy temperatura w pętli spadnie poniżej wartości ustawionej na RTL. Zapobiega to przekroczeniu maksymalnych +55ºC nawet w przypadku ciągłej pracy źródła na wyższych parametrach niż +55ºC na zasileniu.
Bardziej rozbudowaną wersją RTL jest regulator wyposażony w dodatkową głowicę termostatyczną gazową lub cieczową (rys.3), która ma za zadanie mierzyć temperaturę wewnętrzną w pomieszczeniu, a jednocześnie powiązana jest z pomiarem temperatury czynnika grzewczego w przewodzie podłogówki. Przepływ wody jest zamykany w momencie przekroczenia jednej z wartości ustawionych na pokrętłach. Następuje to w momencie osiągnięcia wymaganej temperatury powietrza w pomieszczeniu lub w momencie przekroczenia dopuszczalnej wartości temperatury wody, w zależności co nastąpi wcześniej.
W obu sytuacjach stosowanie elementów mieszających jest, z punktu widzenia ekonomicznego i praktycznego, nieuzasadnione i bezpodstawne.
b) Źródło ciepła – kocioł kondensacyjny lub pompa ciepła; pomieszczenie wyposażone w 1 pętlę podłogówki; bez dodatkowych grzejników (schemat 2).
W takiej konfiguracji, oprócz wcześniej wspomnianych prostych ograniczników temperatury powrotu zastosowanie znajdują regulatory umożliwiające regulację temperatury pomieszczenia poprzez regulację wydajności pętli ogrzewania podłogowego (rys.4). Na pierwszy rzut oka elementy składowe są takie same jak dla RTL, jednakże różnica pomiędzy nimi jest taka, że na głowicy termostatycznej w regulatorze można ustawić wartość temperatury wewnętrznej w pomieszczeniu w zakresie od 7-28ºC, a na głowicy termostatycznej w RTL-u ustawia się maksymalną wartość temperatury czynnika grzewczego przepływającego w pętli ogrzewania podłogowego. Regulator nie wymaga mierzenia temperatury wody ponieważ obligatoryjnym wymogiem jest zastosowanie go w instalacjach ogrzewania niskotemperaturowego z temperaturą zasilania maksymalnie +55ºC. Przedstawione rozwiązanie powoduje, że zastosowanie układów mieszających także wydaje się nieopłacalne i bezzasadne.
Innym zestawem elementów jest układ montowany w szafce podtynkowej wraz z pompą (rys.5). Nadaje się on także przy wysokotemperaturowych źródłach ciepła (patrz punkt 1). Jest to zestaw regulacyjny przeznaczony do bezpośredniego podłączenia jednej lub dwóch pętli ogrzewania podłogowego do instalacji grzejnikowej. Jego zastosowanie pozwala zaoszczędzić na rozdzielaczu ogrzewania podłogowego, który w tym przypadku jest niepotrzebny. To idealne rozwiązanie w sytuacjach, gdy „podłogówka” jest potrzebna tylko w jednym pomieszczeniu np. łazience, kuchni lub pokoju dziennym. Mały zestaw obniża temperaturę wody z np.70°C do temperatury właściwej dla instalacji ogrzewania podłogowego np. 40°C. Pompa zapewnia potrzebny przepływ wody w obiegach ogrzewania podłogowego, a ogranicznik temperatury nie pozwala, by temperatura zasilania przekroczyła 55°C. Temperaturę powietrza w pomieszczeniu można regulować za pomocą głowicy termostatycznej. Montaż dwóch pętli jest możliwy poprzez specjalnego rodzaju 2 szt. rozgałęziaczy.
c) Źródło ciepła – zwykły kocioł niekondensacyjny; pomieszczenie wyposażone w 1 pętlę podłogówki z dodatkowym grzejnikiem (schemat 3).
Gdy mamy w pomieszczeniu grzejnik wiszący to już jesteśmy w stanie wybierać z wielu rozwiązań dostarczanych nam przez producentów armatury grzewczej. W łazience najczęściej występującym urządzeniem grzewczym jest grzejnik łazienkowy tzw. rurkowy. W zależności od modelu jest on podłączany od dołu do instalacji centralnego ogrzewania po skrajnych rogach (odległość przyłączy jest niewiele mniejsza od całkowitej szerokości grzejnika) lub centralnie od dołu na środku (rozstaw przyłączy jest wtedy 50 mm, licząc w osiach otworów przyłączeniowych).
- 1. Grzejnik łazienkowy z przyłączami umieszczonymi po skrajnych stronach
Urządzenie grzewcze podłączane jest do systemu c.o. za pomocą oddzielnego zaworu termostatycznego umieszczonego na przewodzie zasilającym i nakręconej na niego głowicy termostatycznej oraz zaworu odcinającego na przewodzie powrotnym (rys. 6). Przy połączeniu z pętlą ogrzewania podłogowego najczęściej spotykane rozwiązania to regulatory z funkcją ograniczenia wartości temperatury powrotu. Montowane są one w pomieszczeniu łazienki w ładnie obudowanej skrzynce podtynkowej, do której w każdej chwili jest możliwy swobodny dostęp (rys.7). Bardzo ważną sprawą jest także rozwiązanie podłączenia: w jaki sposób pętla ogrzewania podłogowego jest włączona do instalacji c.o. – czy w sposób szeregowy czy też równoległy?
W układzie szeregowym, przepływ czynnika grzewczego odbywa się najpierw przez „suszarkę” na ścianie a następnie przez przewody pętli a jego regulacja odbywa się tylko na zaworze termostatycznym przy grzejniku łazienkowym. Ograniczenie przepływu przez naścienne urządzenie grzewcze powoduje jednoczesne ograniczenie przepływu przez pętlę ogrzewania podłogowego i ogranicza nasz wpływ do minimum na kwestię sterowania. Odmiennie jest w przypadku podłączenia równoległego, gdzie mamy do czynienia z możliwością sterowania zarówno grzejnikiem łazienkowym oraz możliwością sterowania ogrzewaniem płaszczyznowym. Ich współpraca wygląda wtedy następująco: wymaganą temperaturę w pomieszczeniu ustawia się za pomocą głowicy termostatycznej umieszczonej przy grzejniku łazienkowym, a w sposób niezależny ustawia się maksymalną wartość temperatury czynnika grzewczego na przewodzie powrotnym dla uzyskania efektu ciepłej podłogi. Oba urządzenia grzewcze działają niezależnie od siebie, jednakże urządzeniem, które z uwagi na szybszą bezwładność cieplną będzie efektywniej i skuteczniej reagowało na zmiany temperatury w pomieszczeniu będzie grzejnik łazienkowy, zamknięcie zaś przepływu czynnika grzewczego na zaworze termostatycznym przy grzejniku nie spowoduje jednoczesnego zamknięcia przepływu wody na pętlę podłogówki.
- 2. Grzejnik łazienkowy z przyłączami umieszczonymi w odległości 50 mm, licząc w osiach otworu
Dla takich połączeń jeden z producentów wymyślił specjalny zawór, a wręcz można nawet powiedzieć, że to blok podłączeniowy (rys. 8). Zaletą takiego zaworu, która odróżnia go od zwykłych zaworów ograniczających temperaturę powrotu jest nowatorska konstrukcja. W tym rozwiązaniu ogrzewanie podłogowe jest połączone hydraulicznie szeregowo z grzejnikiem, co powoduje, że temperatura zasilania ogrzewania podłogowego jest obniżana przez grzejnik. Dzięki szeregowemu podłączeniu zapewnia proste zrównoważenie hydrauliczne. Zarówno podłogówkę, jak i grzejnik reguluje się, kręcąc jednym centralnym zaworem. Zintegrowane zabezpieczenie przed zbyt wysoką temperaturą, wyłącza automatycznie obieg ogrzewania podłogowego w razie przekroczenia maksymalnej temperatury na zasilaniu, bez konieczności odcięcia grzejnika. Jest to możliwe dzięki specjalnemu obejściu w konstrukcji zaworu (tzw. bypassa). Jak łatwo zauważyć, jest to nic innego jak mały wewnętrzny układ mieszający. Schemat ideowy został pokazany na schemacie nr 4, a na rys. 9 pokazane jest w jakich miejscach powinny być montowane przewody do grzejnika i do pętli ogrzewania podłogowego oraz gdzie przychodzą główne przewody zasilania i powrotu.
d) Źródło ciepła – kocioł kondensacyjny lub pompa ciepła; pomieszczenie wyposażone w 1 pętlę podłogówki z dodatkowym grzejnikiem (schemat 5=3).
Przypadek ostatni jest chyba najprostszym przypadkiem, gdzie mamy możliwość zastosowania prawie wszystkich wcześniej omawianych przykładowych konfiguracji, oprócz regulatora temperatury wewnętrznej poprzez regulację wydajności pętli podłogowej. Nie wskazane jest stosowanie w jednym pomieszczeniu dwóch elementów mierzących wielkość temperatury wewnętrznej, np. głowicy termostatycznej cieczowej lub gazowej umieszczonej przy grzejniku wiszącym na ścianie oraz głowicy termostatycznej, w którą wyposażony jest zestaw do sterowania grzejnikiem podłogowym. Są dwie przyczyny, które eliminuje takie rozwiązanie. Wysokość montażu każdej z nich jest inna oraz tolerancja nastawionej wartości temperatury wewnętrznej po której powinno nastąpić otwarcie lub zamknięcie przepływu czynnika grzewczego jest nie identyczna. Z uwagi na to, że grzejnik łazienkowy posiada mniejszą bezwładność cieplną i tym samym będzie szybciej reagował na zmiany temperatury pomieszczeniu, może to doprowadzić do sytuacji, że pętla ogrzewania podłogowego nigdy się nie włączy i efekt uzyskania ciepłej podłogi nigdy nie nastąpi. Spowodowane jest to posiadaniem przez ogrzewanie płaszczyznowe poziome zdecydowanie większej bezwładności cieplnej a tym samym wydłużonym czasem reakcji na jakiekolwiek zmiany temperatury.
Meander, harfa czy ślimak oraz jego długość
Istotną kwestią jest także sposób rozłożenia przewodów ogrzewania podłogowego w danym pomieszczeniu. Najlepszym i najbardziej odpowiednim sposobem jest stosowanie tzw. ślimaka (rys.10). Przewód zasilania powinien być układany naprzemiennie z przewodem powrotnym. Służy to zapewnieniu równomiernego rozkładu ciepła na całej powierzchni podłogi a tym samym brakiem stref na przemian zimnych i ciepłych, co przy chodzeniu na „bosaka” dałoby się odczuć jako dyskomfort. Długość jednej pętli także odgrywa kluczową rolę z powodu całkowitych oporów hydraulicznych i konieczności zrównoważenia całej instalacji centralnego ogrzewania. W praktyce nie powinno się stosować pętli o długości dłuższej niż 80 mb.
Rozwiązania niekonwencjonalne
Na uwagę zasługuje jedno z rozwiązań przedstawionych przez jednego z liczących się producentów armatury do instalacji centralnego ogrzewania w budynkach jedno- jak i wielorodzinnych. System opiera się na rozdziale czynnika grzewczego za pomocą zaizolowanych rur z trójnikami, ułożonymi bezpośrednio na podkładzie podłogi. Zapobiega to nadmiernemu nagrzewaniu się szafki rozdzielacza i fragmentu podłogi przed nim. Wychłodzone powroty pętli prowadzone są w jastrychu do belek zbierających rozdzielacza, w których zintegrowano wkładki do równoważenia poszczególnego obiegu (rys.11). Do regulacji temperatury w poszczególnych pomieszczeniach służy regulator (rys.12) sterujący armaturą ustalającą chwilowe natężenie przepływu w pętli. Zaletami takiego systemowego rozwiązania jest praktycznie brak wykonywania instalacji elektrycznej czy też komunikacji bezprzewodowej pomiędzy czujnikami a regulatorem, jak to ma miejsce w tradycyjnych rozwiązaniach. Eliminuje to tym samym zaistnienie tzw. zjawiska elektrosmogu. W regulatorze pomieszczeniowym znajduje się także specjalny bypass, który redukuje bezwładność cieplną oraz falowanie temperatury podłogi. W każdym pomieszczeniu można ustawić indywidualne natężenie przepływu w zależności od wymagań użytkownika.
