Niskotemperaturowe ogrzewanie płaszczyznowe

Ogrzewanie płaszczyznowe nie powoduje odczucia mniej i bardziej ogrzanych stref w pomieszczeniach. Przy ogrzewaniu płaszczyznowym powietrze nie wysusza się tak jak przy konwekcyjnym. Do zalet takiego rozwiązania zalicza się także walory estetyczne, gdyż instalacja jest całkowicie zabudowana i niewidoczna.

Optymalne temperatury powierzchni grzejnych wynoszą:

• w ogrzewaniu podłogowym 24-26°C,
• w ogrzewaniu sufitowym 30-35°C (w zależności od wysokości pomieszczenia i wielkości grzejnika sufitowego),
• w ogrzewaniu ściennym 25-30°C.

Maksymalne temperatury powierzchni dla ogrzewania podłogowego w zależności od typu pomieszczenia określa norma PN-EN 1264:

• 29°C w strefie stałego przebywania ludzi,
• 35°C w strefie brzegowej,
• 33°C w kuchniach i łazienkach
• i 27°C w pomieszczeniach roboczych, gdzie pracuje się na stojąco.

Grzejniki płaszczyznowe jako system chłodzenia

Grzejniki płaszczyznowe mogą być też wykorzystane jako system chłodzenia w okresie letnim. Funkcja ta nabiera znaczenia zwłaszcza w budynkach z pompami ciepła.

Duża powierzchnia wymiany energii w grzejnikach płaszczyznowych sprawia, że nie trzeba stosować w instalacji bardzo zimnego czynnika.

W chłodzeniu podłogowym - tak jak w ogrzewaniu - nie ma dużego pionowego gradientu temperatury, gdyż o wymianie ciepła decyduje w znacznej mierze promieniowanie, a nie konwekcja, i wymiana ma miejsce pomiędzy podłogą chłodzącą i przegrodami, a nie powietrzem w pomieszczeniu.

Zalecana różnica temperatury zasilania i powrotu czynnika obiegowego dla podłóg chłodzących wynosi około 5°C, a minimalna temperatura posadzki 19-20°C. Typowa moc chłodnicza podłóg chłodzących wynosi od 20 do 50 W/m².

Ogrzewanie płaszczyznowe - uwarunkowania instalacyjne

O zastosowaniu ogrzewania płaszczyznowego bardzo często decydują też uwarunkowania techniczne, instalacyjne. W dużej mierze wynika to z coraz większej popularności niskotemperaturowych i odnawialnych źródeł ciepła, jak kondensacyjne kotły gazowe i pompy ciepła, oraz obniżania temperatury zasilania z węzłów ciepłowniczych.

Grzejniki płaszczyznowe zapewniają optymalną pracę systemu c.o., współpracując z niskotemperaturowymi instalacjami grzewczymi, w których temperatura czynnika roboczego nie przekracza 55°C.

Na rynku oferowane są systemy ogrzewania płaszczyznowego zaprojektowane z myślą o nowych i modernizowanych budynkach oraz przeznaczone do zastosowań specjalnych. Nowo projektowane i wznoszone budynki mają największe możliwości w zakresie aranżacji instalacji i można w nich zastosować np. ogrzewanie podłogowe, ścienne i sufitowe oraz ich połączenia.

Można też wykorzystać różne, w tym innowacyjne rozwiązania, jak podtynkowe grzejniki ścienne z siatkami radiacyjnymi czy grzejniki sufitowe z mat kapilarnych.

Istotną cechą ogrzewania płaszczyznowego podłogowego jest możliwość akumulacji ciepła w masywnej wylewce. Wiąże się to z dużą bezwładnością, ale daje wymierne korzyści w kosztach eksploatacyjnych instalacji zasilanych np. pompami sprężarkowymi (praca podczas niższej taryfy), z instalacji PV (energia ze słońca pozyskiwana w dzień, a zapotrzebowanie na ciepło występujące w nocy) czy z zasypowych kotłów na biomasę (szybkie spalanie).

Efektywność energetyczną w takich układach niskotemperaturowych można zwiększyć, stosując duży zasobnik akumulacyjny. Z kolei niska pojemność wodna grzejników płaszczyznowych ściennych i sufitowych z mat kapilarnych wiąże się z małą bezwładnością i efektywnie współpracują one np. z kotłami pulsacyjnymi.

Ogrzewanie podłogowe

Przewody stosowane w wodnym ogrzewaniu podłogowym to najczęściej rury wielowarstwowe z barierą antydyfuzyjną. Typowa rura ma warstwę aluminium (grubość ścianki 0,2–0,25 mm), która jest powlekana od strony zewnętrznej oraz wewnętrznej warstwą kleju i polietylenu. Dzięki zastosowaniu aluminium rury są plastyczne, a więc można z nich formować dowolne kształty.

Maksymalna temperatura robocza typowych rur to 60°C przy dopuszczalnym ciśnieniu roboczym 0,6 MPa. Stosuje się też rury miedziane powlekane zewnętrzną warstwą ochronną z tworzywa oraz rury jednorodne i wielowarstwowe z polietylenu z powłoką lub wkładką antydyfuzyjną z tworzywa.

Regulacja

Najprostszym układem ogrzewania podłogowego jest instalacja wykorzystująca tzw. zawory RTL, gdzie czynnik roboczy bezpośrednio zasila pętle ogrzewania podłogowego. W alternatywnym rozwiązaniu ciecz grzewcza jest wstępnie podmieszana, po czym przepływa do obwodów podłogówki. W praktyce montuje się dwa rodzaje instalacji - bez podmieszania i z podmieszaniem. Instalacje bez podmieszania bazują na zaworze RTL ograniczającym przepływ cieczy grzewczej tak, aby temperatura podłogi nie była zbyt wysoka.

W instalacjach wodnego ogrzewania podłogowego z zaworem RTL nie ma układu mieszającego, a dzięki ograniczeniu przepływu czynnika roboczego podłoga nie osiąga zbyt wysokiej temperatury. Jeżeli temperatura cieczy roboczej jest za wysoka, to zawór RTL, który montuje się na przewodzie powrotnym, ograniczy odpływ, do momentu gdy pętla uzyska odpowiednią temperaturę.

Instalacje wykorzystujące zawór RTL stosuje się w pomieszczeniach o małej powierzchni, nieprzekraczającej 15 m². Zamontowanie takiego zaworu w większych pomieszczeniach może powodować nierównomierną temperaturę podłogi. W porównaniu z systemem wykorzystującym układ mieszający taki rodzaj instalacji ma zaletę w postaci niższego kosztu wykonania.

Dostępne są też gotowe zestawy armatury do równoległego podłączenia grzejnika i pętli ogrzewania płaszczyznowego.

Zintegrowany blok zaworowy umożliwia jednoczesne i niezależne zasilanie oraz regulację wydajności grzejnika łazienkowego, a także pętli ogrzewania podłogowego. Integruje funkcje zaworu termostatycznego (z nastawą wstępną), zaworu odcinającego powrotnego oraz ogranicznika temperatury powrotu (RTL) i jest przystosowany do współpracy z instalacją dwururową.

Zasada działania jest następująca:

• zawór termostatyczny z zamontowanym termostatem reguluje temperaturę pomieszczenia;
• temperatura pętli ogrzewania płaszczyznowego jest ograniczana niezależnie od zaworu termostatycznego przy użyciu zintegrowanego ogranicznika RTL.

Armatura ta przeznaczona jest do zastosowania z grzejnikami łazienkowymi o rozstawie podłączeń 50 mm, do instalacji o ciśnieniu do 10 barów i zakresie temperatury pracy 2-70°C.

W instalacjach ogrzewania podłogowego z podmieszaniem woda zasilająca miesza się z powrotną i tym samym jej temperatura jest obniżana do zadanego poziomu, jakiego wymaga instalacja z uwzględnieniem bieżącego zapotrzebowania na ciepło. Na potrzeby podmieszania montuje się termostatyczne lub trójdrogowe zawory mieszające.

Przy wyborze odpowiedniego rozwiązania brane są pod uwagę potrzeby użytkowników w zakresie sterowania pętlami ogrzewania podłogowego. Termostatyczne zawory mieszające to proste, a zarazem tanie i skuteczne rozwiązanie, które montuje się w wodnym ogrzewaniu podłogowym. Zawory tego typu nie wymagają zasilania energią elektryczną. Za pomocą pokrętła wybiera się nastawę temperatury, a zawór zapewnia stałą temperaturę na wyjściu.

Bardziej złożonym rozwiązaniem, zapewniającym podmieszanie w instalacji wodnego ogrzewania podłogowego, jest obrotowy zawór trójdrogowy z siłownikiem.

Przewaga takiego systemu w porównaniu z instalacją z termostatycznym zaworem mieszającym to możliwość dowolnego regulowania obiegu grzewczego. Regulacja może być stałotemperaturowa, z uwzględnieniem temperatury wewnętrznej i zewnętrznej, lub oparta na temperaturze zewnętrznej z korektą temperatury pomieszczenia.

Możliwość sterowania takiego zaworu, a co za tym idzie całej instalacji jest ograniczona jedynie funkcjonalnością automatyki sterującej pracą siłownika. Typowy zawór trójdrogowy jest wykonany ze stopu mosiądzu. W zależności od potrzeb dobiera się rozmiar zaworu (najczęściej DN 15-50) i różne przyłącza.

Sterowniki wodnego ogrzewania podłogowego

W instalacjach wodnego ogrzewania podłogowego z podmieszaniem wykorzystujących zawór trójdrogowy kluczowe miejsce zajmują odpowiednie sterowniki. Dzięki zebranym sygnałom sterownik nadzoruje pracę poszczególnych siłowników.

Na rynku oferowane są m.in. sterowniki stałotemperaturowe zintegrowane z siłownikami, stosowane np. w aplikacjach, które łączą w sobie funkcje ogrzewania i chłodzenia realizowane w odniesieniu do tego samego obiegu. Przykładowa praca takiej aplikacji może odbywać się w oparciu o dwa tryby.

W trybie ogrzewania gorący czynnik roboczy jest mieszany z czynnikiem powrotnym przy uwzględnieniu zadanej temperatury, natomiast chłodzenie jest aktywowane sygnałem zewnętrznym. Wraz z odebraniem takiego sygnału sterownik zmieni kierunek pracy, a następnie zimny czynnik roboczy zostanie zmieszany z powrotnym, uwzględniając alternatywną nastawę temperatury.

Interesujące rozwiązanie stanowią sterowniki realizujące funkcje regulatora pogodowego z wbudowanym siłownikiem oraz sterownika temperatury do kotła. Urządzenia tego typu uwzględnia się w instalacjach wykorzystujących bezpośrednie obiegi grzewcze i z zaworami czterodrogowymi.

Dużym uznaniem cieszą się zintegrowane sterowniki z siłownikami przeznaczone do regulacji stałotemperaturowej w temperaturze mieszczącej się pomiędzy 5 a 95°C. Temperatura jest ustawiana za pomocą prostego w obsłudze interfejsu z przyciskami i wyświetlaczem.

Odpowiednie wersje sterowników zapewniają stałą temperaturę przepływu z jednoczesnym utrzymaniem temperatury drugiego przepływu w określonym, zmiennym przedziale. W efekcie zyskuje się regulację dwóch temperatur.

Siłowniki do trójdrogowych zaworów mieszających

W zakresie siłowników zmieniających nastawy trójdrogowych zaworów mieszających można wykorzystać m.in. siłowniki sterowane za pomocą sygnału proporcjonalnego, przy czym regulacja odbywa się przy wykorzystaniu całego zakresu siłownika.

Do sterowania siłownikiem używany jest sygnał prądowy lub napięciowy. Niektóre wersje siłowników mogą wymagać sygnału trzypunktowego w pełnym zakresie pracy.

Oprócz tego można zastosować siłowniki pracujące w skrajnych położeniach zakresu roboczego, sterowane sygnałem dwupunktowym. W siłownikach tego typu możliwa jest ręczna obsługa za pomocą wyciąganego pokrętła z przodu pokrywy. Odpowiednie rozwiązanie w zakresie regulacji podmieszaniem dobiera się w zależności od potrzeb użytkowników instalacji.

Jeżeli sterowanie ma uwzględniać parametry takie, jak chociażby temperatura w pomieszczeniach czy temperatura zewnętrzna, to warto zastosować trójdrogowy zawór mieszający. Alternatywnym, prostszym rozwiązaniem jest podmieszanie realizowane przez termostatyczny zawór mieszający.

Wodne ogrzewanie ścienne

Ścienne systemy ogrzewania płaszczyznowego wykorzystują rury wielowarstwowe, miedziane lub z tworzywa sztucznego, prowadzone po ścianie najczęściej pionowo lub poziomo. Na rynku oferowane są również specjalne płyty prefabrykowane, które we wnętrzu mają zamontowane rurki do ogrzewania ściennego.

Czynnik grzewczy, przepływając przez rurki, nagrzewa powierzchnie przykrywające materiał. Ciepło rozchodzi się do pomieszczenia poprzez promieniowanie. Temperatura czynnika grzewczego wynosi przeważnie 30-55°C. Systemy ogrzewania ściennego, w porównaniu z instalacjami podłogowymi, mają nieco inny rozkład temperatury, ciepło rozchodzi się bowiem po długości ściany.

Nowatorskim rozwiązaniem są podtynkowe grzejniki ścienne przeznaczone do zabudowy w technologii mokrej (pod tynkiem, w płytach betonowych i pod płytkami ceramicznymi), jak i do suchej zabudowy płytami gipsowo-kartonowymi zarówno przy niskotemperaturowym, jak i wysokotemperaturowym źródle ciepła.

Moc grzewcza dla temperatury zasilania 35°C wynosi od 65 do 80 W/m², a dla zasilania 55°C od 190 do 220 W/m². Innowacją jest to, że nie wprowadza się wody pod warstwę tynku całej powierzchni grzejnika, jak w ogrzewaniu płaszczyznowym zbudowanym z przewodów lub mat kapilarnych, a ciepło rozprowadza do masy ściany aluminiowy radiator w formie siatki. Woda grzewcza płynie tylko u dołu grzejnika w jednym poziomym przewodzie z tworzywa EPDM, zakończonym obustronnie złączem nyplowym DN 12/9 mm.

Grzejnik jest bardzo lekki - waży 1,38 kg i łatwo go zamontować - trwa to kilka minut. Grzejniki te pokrywa się standardową warstwą tynku, grubości 1-2 cm, lub dowolną płytą systemów kartonowo-gipsowych. Można je też montować na ścianach wewnętrznych. Jest to rozwiązanie, które daje duże możliwości stosowania instalacji niskotemperaturowych także w budynkach modernizowanych.

Wodne ogrzewanie sufitowe

Na rynku oferowane są także systemy wodnego ogrzewania sufitowego. Systemy grzewcze tego typu, podobnie jak instalacje ogrzewania podłogowego, wykorzystują czynnik roboczy o temperaturze około 30ºC.

Tak jak inne systemy wodne płaszczyznowe ogrzewanie sufitowe zapewnia równomierny rozkład temperatury w pomieszczeniu. System instalacyjny ogrzewania sufitowego wykorzystuje specjalne moduły (maty kapilarne), składające się z cienkich polipropylenowych rurek przy gęstym rozstawieniu (około 1 cm).

Rurki tworzą pętle jedną stroną podłączone do przewodu zasilającego, a drugą do powrotnego. Mają niewielką pojemność wodną (liczy się tu bowiem waga takiego grzejnika z wodą) i nie są przykryte tak grubą warstwą, jak przewody ogrzewania podłogowego. Mają małą bezwładność cieplną i tym samym łatwiej sterować temperaturą w pomieszczeniu.