Jak prawidłowo zaprojektować i wykonać ogrzewanie płaszczyznowe?

Ogrzewanie płaszczyznowe wodne znajduje zastosowanie nie tylko w budynkach mieszkalnych zasilanych niskotemperaturowym źródłem ciepła (pompą ciepła, kotłem kondensacyjnym), ale też w budynkach komercyjnych, użyteczności publicznej czy przemysłowych, a także do powierzchni zewnętrznych (tarasy, obiekty sportowe).

Najczęściej stosowanym rozwiązaniem pozostaje ogrzewanie podłogowe, choć na popularności zyskuje także ścienne. Ogrzewanie ścienne dobrze się sprawdzi w przypadku dużej niezabudowanej powierzchni ścian – w pomieszczeniach obiektów mieszkalnych, komercyjnych i biurowych. Z powodzeniem spełni także funkcję ogrzewania uzupełniającego. Jego wielką zaletą jest zapewnienie ciepłych ścian, a tym samym poprawa komfortu cieplnego przez regulowanie temperatury odczuwalnej oraz zapobieganie osadzaniu się wilgoci na ścianach i rozwojowi pleśni.

W systemie ściennym stosuje się rury do zabudowy mokrej (przykrywane warstwą tynku) oraz płyty grzewcze (promieniujące) do zabudowy suchej, w których układa się elastyczne rury grzewcze o niewielkich średnicach. Płyta taka ma zwykle poniżej 50 mm wysokości całkowitej, jest lekka, nie obciąża ściany i łatwo się ją montuje. Dlatego rozwiązanie to polecane jest do stosowania w budynkach remontowanych. Tak wykonany grzejnik przykrywany jest płytami gipsowo-kartonowymi.

Istnieją także systemy przeznaczone bezpośrednio do zabudowy pod tynkiem – w cienkiej płycie kartonowo-gipsowej wbudowywane są fabrycznie rury o niewielkiej średnicy zewnętrznej (np. z tworzywa o średnicy 11 mm lub miedziane o średnicy 12,7 mm). System ten przeznaczony jest do montażu podtynkowego za pomocą profili do płyt g-k. Na rynku można spotkać także rozwiązanie alternatywne, w którym płytę grzewczą stanowi sztywna siatka z tzw. radiatorami – rurkami o małej średnicy, w których nie płynie woda grzewcza, ale medium w stanie gazowym pobierające ciepło z poprowadzonego w części podłogowej kolektora wodnego, przeznaczone do montażu bezpośrednio w warstwie tynku.

Co wpływa na pracę systemu grzewczego?

Na działanie ogrzewania podłogowego składa się szereg czynników warunkujących parametry pracy tego rozwiązania oraz strumień ciepła oddawany przez płytę grzejną (warstwę konstrukcyjną z rurami grzewczymi). Ogrzewanie to projektuje się jako niskotemperaturowe, z temperaturą czynnika grzewczego do 52°C, choć niektóre zalecenia mówią o temperaturze maksymalnej 42°C. Oprócz dobrania średnic i długości przewodów do zapotrzebowania na ciepło danego pomieszczenia, należy zwrócić uwagę na rozstaw rur, który decyduje o oddawanym przez powierzchnię strumieniu cieplnym – nie może być on ani zbyt duży (grzejnik nie osiągnie odpowiedniej wydajności), ani zbyt mały (za duże zagęszczenie rur spowoduje ich negatywne oddziaływanie na siebie nawzajem i może się przyczyniać do obniżenia trwałości posadzki).

Zbyt gęste ułożenie rur może także negatywnie wpływać na efektywność regulacji – zwiększone oddawanie ciepła przez podłogę do pomieszczenia będzie powodować częstsze włączanie i wyłączanie się zaworu termostatycznego. Długość jednego obiegu grzewczego nie powinna przekraczać określonej wartości, zależnej także od średnicy – w zaleceniach projektowych spotyka się najczęściej wartości graniczne wynoszące od 80 m (dla mniejszych średnic) do 100 m (dla średnic większych). Wiąże się to z oporami hydraulicznymi obiegu – w zbyt długim podłoga będzie się nagrzewać nie tylko wyraźnie wolniej, ale i nierównomiernie.

Systemowe rozwiązanie do ogrzewania płaszczyznowego stanowią rury (przewody), które obok wytrzymałości mechanicznej i odporności na korozję muszą łączyć dwie istotne cechy: elastyczność (także możliwie mały promień gięcia i pamięć kształtu) oraz odporność na przenikanie tlenu z powietrza. Wysoka elastyczność i mały promień gięcia wiążą się zarówno z prostotą wykonania, jak i minimalizacją liczby połączeń w jednej pętli grzewczej – zaleca się wręcz, by w mniejszych pętlach nie stosować w ogóle połączeń, polegając na wyginaniu przewodów ręcznie lub za pomocą giętarki. Natomiast ochrona przed przenikaniem tlenu z powietrza jest ważna, ponieważ w wodzie grzewczej gaz ten jest czynnikiem silnie wspomagającym korozję.

Wśród rur spełniających te warunki znajdują się m.in. systemy miedziane (najczęściej typu cuprotherm), systemy z tworzyw sztucznych z barierą antydyfuzyjną oraz rury warstwowe łączące elastyczne tworzywo sztuczne z cienką warstwą metalową pełniącą funkcję bariery antydyfuzyjnych. Rury miedziane typu cuprotherm (o średnicy do 18 mm) – z dobrze przylegającą otuliną, podatne na obróbkę – wyróżniają się wysokim współczynnikiem przenikalności cieplnej oraz wysoką wytrzymałością mechaniczną i trwałością. Rury z tworzywa – np. polibutylenowe (PB) lub z polietylenu o podwyższonej odporności na temperaturę (PE-RT), z powłoką antydyfuzyjną z kopolimerów winylowo-alkoholowych EVOH cechują się wysoką elastycznością i odpornością na wysoką temperaturę.

Rury wielowarstwowe wykonywane są z trzech warstw – wewnętrznej i zewnętrznej z tworzywa, a środkowej (antydyfuzyjnej – nieprzepuszczającej tlenu) z metalu, zwykle aluminium. Najczęściej stosowany jest polietylen usieciowany (PEX) ze względu na jego wysoką elastyczność i podatność na zginanie. Rozwijając swoje systemy, producenci oferują rury o coraz większej podatności na zginanie, bez wpływu na ich wytrzymałość mechaniczną (dostępne są promienie gięcia) oraz o wyższej trwałości, np. poprzez udoskonalenie sposobu wiązania poszczególnych warstw w rurze warstwowej.

Rury układa się w układzie spiralnym (ślimakowym) lub meandrowym. Sam układ nie wpływa na wydajność cieplną grzejnika podłogowego, ale na rozkład temperatury na powierzchni. Zatem wybór rodzaju ułożenia zależy od kształtu pomieszczenia, rozmieszczenia i rodzaju przegród zewnętrznych, a także od planowanej aranżacji wnętrza – rury ogrzewania podłogowego nie powinny być prowadzone w podłodze, na której staną meble, gdyż ograniczy to ilość ciepła dostarczanego do pomieszczenia.

Należy uwzględnić także fakt, że na wartość rzeczywistego oddawanego strumienia ciepła ma wpływ rodzaj warstwy wykończeniowej posadzki (pokrycia i warstwy wiążącej). Z praktyki wynika, że opór cieplny warstwy wykończeniowej nie powinien być wyższy niż R = 0,15 m2 · K/W. Oczywiście warstwa wykończeniowa podłogi – posadzki, płytki, panele, wykładziny (w tym materiał wiążący) – musi być przystosowana do pracy z ogrzewaniem podłogowym. Rodzaj warstwy wykończeniowej i wartość jej oporu cieplnego powinna być przewidziana już w projekcie także dlatego, że zgodnie z normą PN-EN 1264 temperatura podłogi z ogrzewaniem podłogowym powinna być ograniczona i wynosić nie więcej niż 29°C w strefie stałego przebywania ludzi, 33°C w łazience i 35°C w strefie brzegowej.

Rozmieszczenie dylatacji zgodne z normą PN-EN 1264 [1] (np. norma wskazuje na wymóg wykonania dylatacji przy powierzchni jastrychu > 40 m²) powinno stanowić część projektu budowlanego. Odpowiednio zaplanowane dylatacje umożliwią bezpieczne ruchy rur pod wpływem zmian temperatury, zapobiegając ich odkształceniu czy uszkodzeniom. Dlatego bardzo ważne jest, by pętle nie przecinały szczelin dylatacyjnych.

Prawidłowe wykonanie płyty grzejnej

Ponieważ grzejnikiem podłogowym jest cała płyta grzewcza (warstwa konstrukcyjna z rurami grzewczymi), ten typ ogrzewania jest wrażliwy na prawidłowe wykonanie konstrukcji.

W Polsce stosuje się najczęściej ogrzewanie o konstrukcji typu A [1], w której przewody umieszcza się na izolacji lub nad izolacją w warstwie jastrychu. Planując rozprowadzenie pętli grzewczych, należy uwzględnić zarówno dylatacje całej płyty grzewczej od ściany, jak i odpowiednie szczeliny dylatacyjne płyty grzewczej.

Ogrzewanie podłogowe typu A należy wykonać w stanie surowym zamkniętym po poprowadzeniu innych instalacji, żeby uniknąć uszkodzenia rur i innych elementów instalacji. Prace należy rozpocząć od montażu rozdzielaczy, a dopiero w dalszej kolejności ułożyć rury. Niezbędne jest staranne przygotowanie podłoża – wypoziomowanie, oczyszczenie i osuszenie przed położeniem warstw izolacji, żeby stanowiły one stabilne oparcie dla płyty grzewczej. Wadliwie położona izolacja może spowodować pękanie źle osiadającej płyty grzewczej. Równie ważny jest prawidłowy montaż rur na warstwie izolacyjnej przed wykonaniem wylewki – dobrym rozwiązaniem jest zastosowanie siatki kotwiącej, do której rury mocuje się specjalnymi klipsami (tackerami).

Producenci oferują też gotowe maty ułatwiające prowadzenie rur i ich montaż. Odpowiednie mocowanie rur sprawi, że podczas wylewania betonu będą one dobrze osadzone i się nie przesuną – ich nieprawidłowe położenie mogłoby spowodować złe rozprowadzanie ciepła. Wylanie jastrychu powinna poprzedzić próba szczelności, której przeprowadzenie jest warunkiem zachowania gwarancji producenta na ułożony system. Położenie warstwy wykańczającej i pierwsze wygrzewanie instalacji musi nastąpić po pełnym związaniu wylewki betonowej (zależnie od warunków – do 20 dni).

Zrównoważenie instalacji

Każda wydzielona pętla grzewcza powinna być zasilana wodą grzewczą o odpowiedniej wielkości przepływu. Za prawidłowe rozprowadzenie ciepła w poszczególnych obiegach grzewczych, a tym samym równomierne, skuteczne i jednocześnie energooszczędne ogrzanie wszystkich pomieszczeń, odpowiadają nie tylko pętle ogrzewania podłogowego i ich prawidłowe ułożenie, ale także rozdzielacze. Powinny być one integralnym elementem instalacji ogrzewania podłogowego. Godne polecenia są urządzenia gotowe, oferowane przez producenta jako rozwiązanie systemowe – zapewniają nie tylko sprawniejszy montaż i mniejsze ryzyko błędu, ale też gwarancję na całe urządzenie (a nie jego poszczególne komponenty) oraz poprawny rozdział ciepła i statyczność hydrauliczną instalacji.

Rozdzielacze wykonuje się z różnych materiałów, przy czym najwyższą trwałością (przekładającą się na długi okres gwarancyjny) charakteryzują się urządzenia z tworzyw sztucznych odpornych termicznie (najczęściej poliamidu PA 66, rzadziej polifluorku winylidenu PVDF czy polikarbonatu) oraz ze stali nierdzewnej. Są one m.in. wyjątkowo odporne na korozję, szczególnie jeśli jakość wody grzewczej jest niska lub zmienna. Wyróżniają się małą podatnością na utlenienie czy wypłukiwanie materiału ścian rurek oraz na kamień kotłowy. Mają też dużą wytrzymałością mechaniczną i wysoką odporność na starzenie chemiczne.

Rozdzielacze w wersji podstawowej składają się z dwóch belek o standardowym rozstawie osi 210 i 235 mm, z króćcami umożliwiającymi podłączenie od 2 do 12 obiegów grzewczych (odległość między nimi wynosi standardowo 50 mm, choć spotyka się także 45 mm) oraz zestawu odpowietrzająco-spustowego.

Na króćcach belki montowane są komponenty równoważąco-pomiarowe. Umożliwiają one wyregulowanie hydrauliczne każdej pętli grzewczej, z uwzględnieniem jej oporu hydraulicznego, niezależnie od pozostałych. Elementami wykonawczymi są tu zawory równoważące, na których bezpośrednio można ustawić wymagany przepływ. Za pomiar odpowiadają wskaźniki przepływu (rotametry lub przepływomierze), które ułatwiają poprawną regulację poszczególnych obiegów grzewczych. Nastawy ustawia się podczas rozruchu ogrzewania, w zależności od zapotrzebowania na ciepło, wielkości (średnicy i grubości ścianki) i rozstawu rur oraz długości pętli.

Na drugiej belce rozdzielacza znajdują się gniazda zaworów termostatycznych, w których montuje się zawory poszczególnych obiegów grzewczych z siłownikami. Sygnały z termostatów pomieszczeniowych umożliwiają sterowanie poszczególnymi obiegami grzewczymi podczas eksploatacji.

Regulacja ogrzewania podłogowego

Dobrze rozplanowane ogrzewanie podłogowe można skutecznie regulować za pomocą sterowników, zapewniając minimalne zużycie energii niezbędne do uzyskania wymaganych warunków. Co ważne, regulacja będzie skuteczna dla instalacji dobrze wykonanej i prawidłowo zrównoważonej. Trzeba także uwzględnić fakt, że jest to system o stosunkowo dużej bezwładności związanej z magazynowaniem i powolnym oddawaniem ciepła przez płytę grzejną, nie sprawdzi się więc regulacja odpowiadająca na szybkie zmiany temperatury. Powinna się ona odbywać zarówno centralnie poprzez regulację temperatury wody zasilającej zależnie od warunków zewnętrznych, jak i na poziomie poszczególnych pomieszczeń.

Urządzenia pomieszczeniowe nie tylko zapewniają odpowiedni komfort cieplny, umożliwiając regulację natężenia przepływu czynnika grzewczego zależnie od zadanej temperatury pomieszczenia, ale też chronią przed przegrzaniem pomieszczenia i nadmiernym przepływem wody grzewczej. Termostat pokojowy, który może dodatkowo zbierać informacje o zyskach ciepła (od ludzi czy nasłonecznienia) oraz temperaturze podłogi, komunikuje się przewodowo lub radiowo z siłownikami powodującymi przymykanie lub zwiększanie otwarcia odpowiedniego zaworu termostatycznego w rozdzielaczu. Zastosowanie zaworu o charakterystyce ciągłej zmniejsza wahania wydajności płyty grzewczej, co stabilizuje temperaturę w pomieszczeniu.

Literatura

1. PN-EN 1264, „Wodne wbudowane systemy ogrzewania i chłodzenia płaszczyznowego”
2. Europejski Instytut Miedzi, „Ogrzewanie podłogowe z rur miedzianych – nowe rozwiązanie w obiekcie basenowym”, 2016
3. Materiały techniczne firm: 3Thermo, Afriso, Arka, Danfoss, Ferro, Giacomini, Henco, Herz, KAN, Maincor, Purmo, Rehau, Taconova, TECH Sterowniki, Uponor, Wavin, Wieland.