1. Ogrzewanie podłogowe wodne

Ogrzewanie podłogowe jest systemem ogrzewania
niskotemperaturowego, w którym 70% energii oddawane jest przez
promieniowanie, a tylko 30% przez konwekcję. Ogrzewanie to
zapewnia poczucie komfortu cieplnego dzięki równomiernemu
rozchodzenia się ciepła w pomieszczeniu od podłogi do sufitu.

Ogrzewanie podłogowe stosowane jest:
- w budownictwie mieszkaniowym, zwłaszcza jednorodzinnym,
- w budynkach użyteczności publicznej: hotelach, bankach itp.
- w budownictwie przemysłowym,
- w innych budynkach: sklepy, magazyny, pływalnie itp.

Rozkład temperatury w ogrzewanym pomieszczeniu

Rozkład temperatury w ogrzewanym pomieszczeniu

Dla orientacyjnego określenia możliwości zastosowania w danym pomieszczeniu
ogrzewania podłogowego jako podstawowego źródła ciepła, należy przyjmować
wydajność podłogi do 80 W/m

2

(maksymalnie 100 W/m

2

). Współczynnik przenikania ciepła

dla ścian zewnętrznych k < 0,3 W/m

2

K. Dla okien k < 2,0 W/m

2

K.

Pionowy rozkład temperatury w pomieszczeniu dla różnych typów

ogrzewania

Temperatura obliczeniowa w ogrzewanym pomieszczeniu może
być o 2 ÷ 3K mniejsza w porównaniu z ogrzewaniem konwekcyjnym
(większy udział promieniowania przy ogrzewaniu podłogowym
powoduje, że temperatura odczuwalna jest większa).

KOMFORT CIEPLNY

– parametry powietrza, tj. temperatura t,

wilgotność względna φ oraz jego prędkość w powinny być tak
dobrane, aby zapewnić poczucie komfortu. Wymagania te są
spełnione, gdy parametry powietrza w pomieszczeniach wynoszą
(wg norm DIN):
latem: t = 22÷25°C; φ = 30÷60% oraz w = 0,1÷0,5 m/s,
zimą: t = 20÷22°C; φ = 40÷70% oraz w = 0,1÷0,3 m/s.
Wg PN-83/B-03430/Az3:2000 - Wentylacja w budynkach
mieszkalnych zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej –
Wymagania (wraz ze zmianą Az3):
latem: t = 23÷25°C ±1÷1,5°C; φ = 50 ±10%,
zimą: t = 21÷22°C ±1÷1,5°C; φ = 45 ±10%.

Zalety ogrzewania podłogowego:

• zbliżony do optymalnego rozkład temperatury w pomieszczeniu,

• brak grzejników w pomieszczeniu,

• większy komfort cieplny,

• zmniejszenie ilości kurzu unoszonego w powietrzu, (z powodu

ograniczenia konwekcji),

• lepsze wytłumienie akustyczne (warstwa izolacyjna),

• ograniczenie wysuszania powietrza w pomieszczeniu,

• korzystne techniczne niższe temperatury czynnika grzejnego

(max. 55

o

C) oraz oszczędność energii (do 20% w stosunku do

ogrzewania tradycyjnego),

• możliwość łączenia z tradycyjną instalacją centralnego

ogrzewania,

• instalacja nie ulega korozji, nie osadza się kamień kotłowy,

• szczelność dyfuzyjna stosowanych rur (dzięki warstwie

aluminium w ściance rury tlen nie przenika do wody instalacyjnej)
- wymagania normy PN-93/C-04607,

• możliwość wykorzystania niskotemperaturowych źródeł ciepła,

takich jak pompa ciepła, kolektory słoneczne.

Ograniczenia ogrzewania podłogowego:

• koszt inwestycyjny instalacji jest ok. 30 – 40% wyższy od

instalacji tradycyjnej grzejnikowej,

• ograniczenie wydajności cieplnej – system ogrzewania

podłogowego nie pokrywa zapotrzebowania ciepła w
pomieszczeniach o dużych stratach ciepła (powyżej 80 W/m

2

) lub

o ograniczonej powierzchni ogrzewania; w takich przypadkach
należy zastosować dodatkowe ogrzewanie,

• ogrzewanie podłogowe charakteryzuje się znaczną

bezwładnością cieplną – system wolniej reaguje na sterowanie
od ogrzewania tradycyjnego,

• ograniczenia w stosowaniu wykładzin podłogowych – ze względu

na zdolność przewodzenia ciepła nie każde wykończenie podłogi
może być zastosowane.

W ogrzewaniu podłogowym występuje ograniczenie temperatury
powierzchni podłogi. Optymalna temperatura wynosi 24 – 26

o

C

(DIN 4725). Ze względu na odczucie komfortu cieplnego,
temperatura podłogi nie powinna przekraczać:

•

29°C

– w strefie stałego pobytu mieszkańców (pomieszczenia

mieszkalne i biurowe),

•

35°C

– w strefie brzegowej (przy ścianach zewnętrznych

budynku),

•

33°C

– w łazienkach,

•

27°C

– w pomieszczeniach roboczych, gdzie pracuje się na

stojąco.

Podczas obliczeń instalacji ogrzewania podłogowego należy
sprawdzić, czy dla dobranego odstępu rur będzie zachowana
dopuszczalna temperatura podłogi. W rzeczywistości, w warunkach
eksploatacji ogrzewania podłogowego, temperatura podłogi jest
niższa od obliczeniowej. Temperatura podłogi z powodu
określonego odstępu między rurami grzejnymi waha się w
granicach 0,5 ÷ 2,5K w porównaniu z jej temperaturą obliczeniową.

Temperatura średnia podłogi w funkcji temperatury zewnętrznej

Pozostałe parametry wyjściowe do projektowania ogrzewania
podłogowego powinny wynosić:

• dopuszczalna temperatura zasilania: 55°C,

•

średnia temperatura powierzchni podłogi nie powinna
przekraczać 29

o

C,

• różnica temperatur pomiędzy zasilaniem a powrotem: 5÷10K,

• prędkość przepływu wody w przewodach grzewczych:

0,1÷0,6 m/s,

•

sprawność przekazywania energii cieplnej przez system
grzewczy do pomieszczenia: 90%,

• długość obwodu grzewczego z rury ∅16 mm powinna być

mniejsza od 120 m, a z rury

∅20 mm - 150 m,

• dla temperatury 20

o

C w pomieszczeniu orientacyjna wydajność

cieplna podłogi wynosi 80 W/m

2

,

• strata ciśnienia na pojedynczej pętli grzejnej: Δp

pętli

≤ 20 kPa.

Przy obliczaniu ogrzewań podłogowych zakłada się, że ilość ciepła
przekazywana w górę nie powinna być mniejsza niż 90%, a
temperatura zasilania powinna wynosić 30 ÷ 50

o

C.

Wydatek cieplny podłogi uzależniony jest od temperatury powietrza
i podłogi. Różnica tych temperatur

ΔT ≅ 1K powoduje emisję

strumienia ciepła o gęstości ok. 11 W/m

2

. Współczynnik wnikania

ciepła (konwekcja + promieniowanie) wynosi, przy średniej
nadwyżce temperatury podłogi w stosunku do temperatury
powietrza 9K, ok. 11,1 W/(m

2

K).

Konstrukcja podłogi w ogrzewaniu podłogowym

Podłoga jako płaszczyzna grzejna układana na poziomej konstrukcji
składa się z następujących warstw:
- izolacja cieplna (płyty styropianowe o gęstości min. 20 kg/m

3

,

wełna mineralna usztywniona żywicami),
- izolacja przeciwwilgociowa (folia polietylenowa 0,18 – 0,2 mm),
- płyty grzejnej z rurami,
- posadzki.

Ogrzewania podłogowe wykonywane są w dwóch zasadniczych
systemach:

• w technologii mokrej (zaprawy cementowe lub anhydrytowe),

• w technologii suchej (stosowane są rury miedziane w koszulkach

tworzywowych).

Podstawową cechą technologii mokrej jest to, że rury grzejne
zalewane są warstwą jastrychu. Jastrych to wysoko gatunkowy gips
(anhydryt CaSO

4

) z dodatkiem wypełniaczy mineralnych (piasek

kwarcowy) i plastyfikatorów (zmiękczaczy) - domieszki obniżające
napięcie powierzchniowe wody w stopniu umożliwiającym
ograniczenie jej zużycia o około 10% i przy zachowaniu tej samej
konsystencji (dobrym plastyfikatorem jest EMULSJA BUDOWLANA
ATLAS). Ilość plastyfikatora wynosi ok. 3,5 kg na m

3

jastrychu.

W technologii suchej rury układane są w warstwie izolacji cieplnej w
płytach ze specjalnie ukształtowanymi rowkami.

Przekrój podłogi z ogrzewaniem wykonanym metodą mokrą

Przekrój podłogi z ogrzewaniem wykonanym metodą suchą

Płyty izolacyjne dla ogrzewania wykonanego metodą suchą

Przykładowe schematy ułożenia rur w płytach

Konstrukcja stropu grzejnego uzależniona jest od temperatury
pod stropem:

Podłoga nad pomieszczeniem ogrzewanym (strop międzykondygnacyjny)

(opór cieplny ku dołowi wynosi ok. 0,75 m

2

K/W)

Podłoga nad pomieszczeniami nieogrzewanymi, nad piwnicami oraz nad

powietrzem zewnętrznym (grubość izolacji dochodzi do 80 mm przy

λ = 0,04 W/mK)

Podłoga na gruncie. Opór cieplny takiej podłogi powinien wynosić R

λ

= 2,2

m

2

K/W (co odpowiada grubości izolacji ok. 80 – 100 mm).

Podłoga w pomieszczeniu o dużych obciążeniach użytkowych

Konstrukcja instalacji ogrzewania podłogowego powoduje, że czas
eksploatacji tej instalacji nie powinien być krótszy od okresu
eksploatacji budynku, tj. ok. 50 lat.
Wymagania jakościowe stawiane stosowanym materiałom:
- trwałość ponad 50 lat, szczelność tlenowa, znaczna wytrzymałość
na naprężenia rozciągające.

Do produkcji rur stosuje się materiały:

• polipropylen (PP),

• polietylen (PE) i wzmocniony polietylen (VPE),

• polibutylen (PB),

• miedź, aluminium.

Przykłady szczegółowych rozwiązań grzejników podłogowych

Podłogi pływające
Na betonowych stropach jest możliwe zainstalowanie ogrzewania
podłogowego stosując panele styropianowe z wyciętymi otworami
dla aluminiowych płyt promieniujących oraz rur grzejnych. Tę
konstrukcję podłogi można użyć dla wszystkich typów podłóg.

Podłoga pływająca

Podłogi drewniane podparte

Podłoga tego typu opiera się na drewnianych belkach stropowych.
Warstwa izolacji o grubości 10 cm wypełnia ściśle przestrzeń
między belkami. Podłogi te nie posiadają wylewki betonowej. Na
blachach z wciśniętymi w nie rurami grzejnymi ułożone są deski
podłogowe.

Podłoga drewniana podparta

Wielowarstwowa rura wykonana z polietylenu (trudnopalna dzięki wstawce

aluminiowej)

Właściwości rur stosowanych w ogrzewaniu podłogowym:
- współczynnik przewodności cieplnej: 0,45 W/mK,
- współczynnik rozszerzalności liniowej: 0,025 mm/mK,
- maksymalna temperatura robocza: 60

o

C,

- maksymalne ciśnienie robocze: 0,6 MPa.

Maksymalne obciążenie podłogi

Minimalna grubość wylewki betonowej nad rurami powinna wynosić
30 mm, natomiast maksymalna powinna wynosić 70 mm.

Układy rur w ogrzewaniu podłogowym

Wybór układu przewodów grzejnika podłogowego zależy od
przeznaczenia pomieszczenia, które ma być ogrzewane.

Układ pętlowy (ślimakowy) zapewnia bardziej równomierny
rozkład temperatury podłogi (rys. a).

Układ meandrowy (równoległy) stosuje się w przypadkach, gdy
ogrzewane pomieszczenie ma jedną z przegród o wyraźnie
większych stratach ciepła niż pozostałe lub do podłóg o konstrukcji
drewnianej (rys. c). W tym przypadku początek wężownicy, gdzie
jest najwyższa temperatura umieszcza się przy tej przegrodzie.

W każdym z wymienionych układów możliwe jest zastosowanie
strefy brzegowej, w której rozstaw przewodów grzejnych jest
celowo zmniejszony (rys. b, d, e). Strefy brzegowe stosuje się w
miejscach o dużych stratach cieplnych, przy dużych otworach
okiennych i drzwiowych, wzdłuż ścian zewnętrznych.
Strefy brzegowe obejmujące ponad 20% łącznej powierzchni
ogrzewanej lub o wymiarach powyżej 6 m

2

powinny być

przyłączone do rozdzielacza jako oddzielny obieg. W przypadku
mniejszych stref brzegowych można zaprojektować tzw.
zintegrowaną strefę brzegową.

Rozstaw rur pętli grzewczej głównie zależy od średnicy rury
grzewczej oraz zapotrzebowania na ciepło q [W/m

2

] i temperatury

wewnętrznej w pomieszczeniu.

Układy rur w ogrzewaniu podłogowym

W miejscach o dużych stratach cieplnych, przy dużych otworach
okiennych i drzwiowych, można zastosować strefę brzegową o
szerokości 1 m (maksymalnie 15% głębokości powierzchni) wzdłuż
ścian zewnętrznych w której układamy rury z mniejszym
rozstawem. W strefie brzegowej dopuszczalna jest wyższa
temperatura podłogi. Wężownica w strefie brzegowej najczęściej
stanowi niezależny obieg grzejny. Dopuszcza się w
pomieszczeniach o małej powierzchni, aby wężownica strefy
brzegowej była połączona z pętlą zasadniczą.

Wężownica meandrowa

Wężownica ślimakowa

Wężownice w strefie brzegowej (niezależne oraz połączone obiegi grzejne)

Przykładowe sposoby układania rur w strefie brzegowej

Przed zalaniem rur betonem należy poddać instalację próbie
szczelności na ciśnienie 0,6 MPa w ciągu 24 godzin. Przez okres
wiązania warstwy betonu oraz podczas wykonywania płyty grzejnej
rury powinny pozostać pod ciśnieniem 0,2 - 0,3 MPa.
Uruchomienie instalacji powinno nastąpić po okresie wiązania
zaprawy (dla betonu wynoszącym 20 - 28 dni, dla jastrychu
anhydrytowego 7 dni).

Elementy mocujące rury grzewcze

Szyny montażowe z wcięciami co 5 cm umożliwiają ułożenie rur

w odpowiednich odstępach (układane prostopadle do kierunku

prowadzenia przewodów)

Ułożenie rur grzejnych na matach montażowych wykonanych z polistyrenu,

które są montowane na zakładkę, zabezpieczając w 100% przeniknięcie

betonu w głąb izolacji.

Dylatacje w ogrzewaniu podłogowym

• maksymalna powierzchnia płyty grzewczej ≤ 40 m

2

, przy

stosunku boków płyty 2:1,

• maksymalna długość boków płyty grzewczej ≤ 8 m,

• ponad szczelinami dylatacji budowlanych,

• przy przejściach przez otwory np. drzwi,

• przy skomplikowanym, nieregularnym kształcie płyty grzewczej.
Dylatacje umożliwiają właściwą pracę betonowej płyty grzejnej i
zapobiegają jej pękaniu na skutek skurczy cieplnych oraz wydłużeń
termicznych rur.

Zasady podziału powierzchni pomieszczenia na strefy

Przykłady podziału pętli grzejnej na strefy

Przejście rur grzejnych przez dylatację

Przykłady podziału powierzchni pomieszczenia na strefy

Dylatację pomiędzy płytami
grzewczymi montuje się
bezpośrednio na izolacji cieplnej dzięki
taśmie samoprzylepnej
na dolnej części profilu. Profil ma
wysokość 10 cm oraz otwory,
w których ułożone są rury grzewcze
w rurze osłonowej wystającej
po 20 cm z obu stron profilu
dylatacyjnego.

Rozdzielacze

Rozdzielacz oraz przepływomierz wbudowany w belkę rozdzielacza

Rozdzielacz

Powyższy rysunek przedstawia rozdzielacz

wykonany z mosiądzu o

przekroju 1". Rozdzielacze są najczęściej wykonane jako dwu-,
trój- oraz czterowyjściowe segmenty, które można dowolnie łączyć
w kompletne rozdzielacze od 2 do 12 wyjść. W rozdzielaczu
zasilającym (górna belka) wbudowane są zawory regulacyjne
(zawory termostatyczne) dla każdej pętli grzejnej. Każdy z tych
zaworów może być wyposażony w siłownik sterowany przez
termostat pokojowy. W rozdzielaczu powrotnym dla każdej
wężownicy wbudowany jest zawór kompensacyjny (tzw. nastawa
wstępna) przepływu umożliwiający dokładną regulację hydrauliczną
instalacji. W zaślepkę wbudowany jest króciec wlotowy do
napełniania instalacji wodą oraz istnieje możliwość wkręcenia
odpowietrznika ręcznego lub automatycznego. Przed każdym
rozdzielaczem należy zainstalować zawory odcinające.

Przykładowe główne wymiary rozdzielacza (maksymalna temperatura

robocza 60°C, maksymalne ciśnienie robocze 6 bar, maksymalny przepływ

przez jedną belkę rozdzielacza 1 l/s)

Charakterystyki rozdzielacza powrotnego z zaworami do regulacji wstępnej

Charakterystyka rozdzielacza zasilającego z zaworami odcinającymi

firmy Heimeier

Zastosowanie rozdzielaczy umożliwia doprowadzenie czynnika
grzejnego do odbiorników (podłóg grzejnych) w poszczególnych
pomieszczeniach za pomocą przewodów ciągłych oraz poprawia
sprawność rozdziału czynnika. Rozdzielacze umożliwiają zasilanie
czynnikiem poszczególnych podłóg i indywidualną regulację
przepływu do pętli grzejnych.

Współczynnik przepływu Kv (m

3

/h lub l/min) to przepływ przez

zawór na określonej drodze i w następujących warunkach:
- spadek ciśnienia statycznego na zaworze wynosi 10

5

Pa (1 bar),

- medium jest woda o temperaturze pomiędzy 5°C a 40°C.
Wartość współczynnika Kv podaje się dla pełnego otwarcia
zaworów (wg DIN IEC 534).

Przykład podłączenia układu mieszającego wraz z rozdzielaczem

Rozmieszczenie elementów wodnego ogrzewania podłogowego

Regulacja hydrauliczna instalacji ogrzewania podłogowego

Cechą ogrzewania podłogowego jest duża bezwładność cieplna.
Oznacza to, że po wyłączeniu ogrzewania płyta grzejna jeszcze
przez długi czas oddaje ciepło. W związku z tym istnieją trudności z
automatyczną regulacją temperatury pomieszczeń, w których
występują okresowe znaczne zyski ciepła, np. od nasłonecznienia.

W ogrzewaniu podłogowym można zastosować następujące
sposoby regulacji:

a) wspólna regulacja temperatury w pomieszczeniach

Regulacja wspólna. W tym przypadku wszystkie wężownice są sterowane wg

tej samej nastawy termostatu, który umieszczony jest w najbardziej

reprezentatywnym temperaturowo pomieszczeniu.

b) indywidualna regulacja temperatury w pomieszczeniach

Gdy zachodzi potrzeba niezależnej regulacji temperatury w poszczególnych
pomieszczeniach obsługiwanych przez różne wężownice, należy zastosować
rozdzielacze z wbudowanymi zaworami termostatycznymi. Sterowane są one
przez termostaty pokojowe za pośrednictwem siłowników elektrotermicznych.
Jeden termostat może sterować kilkoma siłownikami, jeżeli w pomieszczeniu
znajduje się kilka wężownic.

Regulacja indywidualna

c) wykorzystanie naściennych modułów regulacyjnych

Pojedyncze wężownice ogrzewające np. łazienkę można regulować lokalnie
poprzez tzw. naścienne moduły regulacyjne, wyposażone w zawór
termostatyczny, zintegrowany z nim odpowietrznik ręczny oraz w głowicę
termostatyczną. Moduł regulacyjny montowany jest na powrocie wężownicy.

Stosowane są dwa typy takich urządzeń:
- lokalnie regulowana jest pojedyncza pętla zasilana obniżonymi parametrami
- regulowana jest pętla zasilana wyższymi parametrami (jak dla grzejników
konwekcyjnych) – wówczas moduł regulacyjny wyposażony jest w dwa
zawory termostatyczne; pierwszy z nich obniża temp. wody zasilającej
wężownicę (głowica termostatyczna posiada zakres regulacji 30 – 50

o

C),

natomiast drugi służy do regulacji temperatury w pomieszczeniu.

Różnica ciśnień między zasileniem a powrotem wystarcza z reguły do
odpowiedniej pracy wężownicy o powierzchni podłogi do 10 m

2

. Stosując to

rozwiązanie unika się kosztownego układu mieszającego.

d) zjawisko samoregulacji

Wpływ okresowych zysków ciepła jest częściowo ograniczony przez
samoregulację ogrzewania podłogowego. Polega ona na tym, że przy
wzroście temperatury powietrza w pomieszczeniu maleje różnica między
temperaturą podłogi a temperaturą powietrza, a co za tym idzie maleje
strumień ciepła oddawany przez podłogę. Przykładowo przy temperaturze
podłogi 26

o

C i wzroście temperatury powietrza o 2

o

C (z 20 do 22

o

C),

strumień ciepła oddawanego do pomieszczenia maleje o 1/3 (strumień ciepła
proporcjonalny odpowiednio do

Δt = 6K i Δt = 4K).

e) połączenie instalacji ogrzewania podłogowego z ogrzewaniem
tradycyjnym - regulacja stałowartościowa

Przy połączeniu ogrzewania podłogowego z ogrzewaniem tradycyjnym –
grzejnikowym o wyższej temperaturze zasilania należy zastosować układ
obniżenia temperatury zasilania wężownicy:

Termostatyczny zawór regulacyjny z czujnikiem przylgowym zapewnia, że
temperatura wody zasilającej nie przekroczy temperatury zadanej.
Dodatkowym zabezpieczeniem jest termiczny wyłącznik pompy przy
temperaturze o 5

o

C większej niż nastawa głowicy zaworu termostatycznego.

Wymagania stawiane materiałom stosowanym przy wykańczaniu

podłóg (materiałom wykładzinowym)

W ogrzewaniu podłogowym dopuszcza się stosowanie
następujących wykładzin wykończeniowych podłogi:
a) kamień naturalny (granit, marmur itp.),
b) płytki ceramiczne,
c) wykładziny podłogowe elastyczne (np. PVC),
d) wykładziny podłogowe dywanowe,
e) parkiet grubości do 10 mm.

Wykładziny elastyczne i dywanowe muszą mieć atest producenta,
że są dopuszczone do stosowania przy ogrzewaniu podłogowym.

Średnia wilgotność parkietu nie powinna być większa niż 8% ± 2%.
Opór cieplny warstwy nad rurami grzewczymi powinien być nie
większy niż 0,15 (m

2

K)/W. Ponieważ opór cieplny warstw poniżej

rur grzejnych powinien być dziesięciokrotnie większy, w przypadku
granicznym powinien wynosić 1,5 (m

2

K)/W. Do układania wykładzin

podłogowych mogą być stosowane jedynie materiały, które
wytrzymują temperaturę pracy systemu i zachowują swoje
właściwości niezależnie od podwyższonej temperatury.

Opór cieplny R

λ

[m

2

K/W] dla różnych rodzajów podłóg w zależności od

grubości materiału stosowanego na wykładzinę podłogi

2. System ogrzewania ściennego

Rury posiadają specjalną barierę antydyfuzyjną EVOH (alkohol
etylowinylowy) lub PVOH (alkohol poliwinylowy) zgodnie z normą
DIN 4726. Bariera antydyfuzyjna zabezpiecza instalację przed
dyfuzją tlenu (korozja grzejników, kotłów, wymienników).

Dane techniczne rury Uponor evalPEX-a.

System ogrzewania ściennego oraz budowa rury

Instalację ogrzewania ściennego można wykonać w tak zwanym
systemie „na mokro” – standardowy tynk oraz „na sucho” z
zastosowaniem płyt AL wykończonych płytami gipsowo-
kartonowymi.

System „na mokro”

System „na sucho”

Ogrzewanie ścienne jako ogrzewanie płaszczyznowe ma
podobne własności do ogrzewania podłogowego, z pewnymi
różnicami:

• Temperatura powierzchni grzejnej może wynosić do 35°C -

większa wydajność cieplna.

• Można zastosować mniejsze przykrycie rur ok. 1,5 cm

(w ogrzewaniu podłogowym ok. 4,5 cm), dzięki czemu powstaje
mniejsza bezwładność cieplna i jest możliwa lepsza regulacja
temperatury w pomieszczeniu. Możliwość zastosowania przy
renowacji budynków (całkowita grubość 3-4 cm).

• Okładzina podłogowa nie stanowi przeszkody, jakim jest jej opór

cieplny (w ogrzewaniu podłogowym opór nie powinien
przekraczać 0,15 m

2

K/W).

• W okresie letnim możliwość zastosowania jako instalacji

chłodzącej.

• 90% ciepła emitowane jest na drodze promieniowania, a 10% na

drodze konwekcji.

Przykład schematu instalacji

Przekrój ściany z ogrzewaniem

ściennym

3. Ogrzewanie podłogowe elektryczne

Zasada działania polega na umieszczeniu w podłodze kabli grzewczych,
które przekazują przez podłogę ciepło do pomieszczenia. Ogrzewanie
podłogowe może być wykonane na dwa sposoby: jako ogrzewanie
bezpośrednie lub akumulacyjne. Różnica polega jedynie na grubości wylewki
betonowej, która znajduje się nad elementem grzewczym.

Ogrzewanie podłogowe bezpośrednie

System ten działa natychmiast po włączeniu, gdyż kable grzewcze
umieszczone są tuż pod płytami posadzki w warstwie zaprawy klejącej.
W związku z tym regulator temperatury na bieżąco włącza i wyłącza
ogrzewanie, aby utrzymać w pomieszczeniu temperaturę zadaną przez
użytkownika. Do tego typu ogrzewań zalicza się także podłogi na legarach,
pod którą położono elektryczne kable grzewcze.

Charakterystyka:

•

praca w systemie jedno- lub dwutaryfowym,

•

moc jednostkowa od 80 do 160 W/m

2

,

•

możliwość regulacji temperatury pomieszczenia i jej okresowego
obniżania.

Ogrzewanie elektryczne w podłodze na legarach

Ogrzewanie podłogowe akumulacyjne

System ten działa na zasadzie ładowania ciepłem wylewki betonowej w
czasie, gdy energia elektryczna ma niższą cenę (z reguły 8 godzin w nocy i 2
godziny po południu) i stopniowym oddawaniu ciepła do pomieszczenia.
W odróżnieniu od bezpośredniego ogrzewania podłogowego kable grzewcze
nie znajdują się tuż pod powierzchnia, lecz maja nad sobą 7 do 10 cm

betonowej wylewki, która jest akumulatorem ciepła. Dlatego w tym systemie
nie ma możliwości bezpośredniej regulacji temperatury. Ciepła
zmagazynowanego w podłodze nie da się zatrzymać i czasem powoduje to
niepotrzebny wzrost temperatury w pomieszczeniu. Jedyna możliwość
zapanowania nad zużyciem energii, to regulacja czasu ładowania. Układ
sterowania ładowaniem w zależności od warunków pogodowych ustala
potrzebny czas ładowania.

Charakterystyka:

•

praca w systemie dwutaryfowym,

•

moc jednostkowa od 100 do 160 W/m

2

,

•

brak jakiejkolwiek możliwości regulacji temperatury pomieszczenia,

•

pogodowa automatyka ładowania.

Przekrój elektrycznej akumulacyjnej podłogi grzejnej

1. Dwie żyły grzejne oporowe
2. Podstawowa izolacja z teflonu AFLON
3. Dodatkowa izolacja usieciowanego

polietylenu XLPE

4. Ekran ochronny z 14 cynkowanych

drutów miedzianych

∅ 0,3 mm

5. Folia aluminiowa
6. Powłoka zewnętrzna z

polipropylen / polietylen

1. Żyła grzejna – skrętka trzech drutów

oporowych

2. Podstawowa izolacja z usieciowanego

polietylenu XLPE

3. Ekran ochronny z 14 cynkowanych

drutów miedzianych

∅ 0,3 mm

4. Folia aluminiowa
5. Powłoka zewnętrzna z PVC ciepło

odpornego

Przykłady kabli grzejnych:

2-żyłowe (jednostronnie zasilane)

1-żyłowe (dwustronnie zasilane)

Przykłady mat grzejnych

Mata grzejna

Warianty ułożenia mat grzejnych

Przykłady zastosowań mat grzejnych

Przykłady zastosowania niskotemperaturowego wodnego systemu

grzewczego

Ogrzewanie parkingów

Ogrzewanie boiska piłkarskiego

System ten stosowany jest do podgrzewania płyt obiektów
sportowych (w tym boisk piłkarskich), ciągów pieszych, jezdni,
podjazdów do obiektów publicznych, szpitali, przedszkoli itp.
System przy stałej pracy jest w stanie utrzymać powierzchnię
boiska w stanie niezamarzającym, a także zapobiec gromadzeniu
się śniegu. Dla standardowego boiska żądana moc cieplna wynosi
1200÷2000 kW, wymagana temperatura zasilania wynosi ok. 35°C.
System stosuje się także do podgrzewania pasów startowych
lotnisk, hangarów lotniczych itd. System ten eliminuje konieczność
odśnieżania i usuwania lodu, zapewniając czystą i suchą
powierzchnię. Zwykle rozstaw rur wynosi około 25 cm, co
zapewnia w miarę równomierny rozkład temperatury na powierzchni
gruntu. Czynnikiem grzewczym jest mieszanina wody i glikolu, co
zabezpiecza medium przed ewentualnym zamrożeniem.
Temperaturę czynnika grzewczego dobieramy tak, aby na
ogrzewanej powierzchni była temperatura nieco powyżej 0°C. Jest
to zwykle około +5°C. Przy tym założeniu temperatura czynnika
grzewczego wynosi zwykle od +25°C do maksymalnie + 45°C.
Zalecany spadek temperatury na pętli grzewczej to około 15°C.

4. Obliczenia wodnych ogrzewań podłogowych

Założenia wstępne:

• maksymalna temperatura podłogi dla strefy pobytowej 29

o

C, dla

strefy brzegowej 35

o

C, w łazience 33

o

C,

• minimalna prędkość przepływu wody w wężownicy w = 0,15 m/s,

• temperatura wody zasilającej 35 – 55

o

C,

• maksymalny spadek temperatury wody dla strefy pobytowej

Δt = 10 K, w strefie brzegowej Δt = 6 K (dla strefy brzegowej
ogrzewanej oddzielną wężownicą),

• maksymalne opory przepływu w pojedynczej wężownicy

Δp

max

= 20 kPa,

• maksymalna długość wężownicy l = 120 m.



Wskazówki do projektowania:

• minimalna grubość płyty grzejnej 0,065 m,

• minimalna odległość ułożenia wężownic od ściany

pomieszczenia 0,15 m,

• rozstaw rur (moduł a) w strefie brzegowej przyjmuje się 0,10 lub

0,15 m, a w strefie pobytowej 0,20; 0,25; 0,30; 0,35 m,

• szerokość strefy brzegowej 0,60 - 1,00 m.

4.1. Metodyka obliczeń dla pomieszczeń bez strefy brzegowej

4.1.1. Obliczenie orientacyjnej gęstości strum. ciepła z 1 m

2

podłogi

]

W/m

[

2

F

Q

q

or

&

=

q

or

- orientacyjna gęstość strumienia ciepła [W/m

2

],

Q&

- straty ciepła pomieszczenia [W],

F - przewidziana do ogrzewania powierzchnia podłogi [m

2

].

Do dalszych obliczeń przyjmuje się pomieszczenie, w którym q

or

jest

największe (z wyłączeniem łazienki, gdzie najczęściej wymagane jest
zastosowanie dodatkowego grzejnika). Dobrać wykładzinę podłogową
oraz odczytać z tablicy 4.1 wartość oporu cieplnego R

λ

.

4.1.2. Założenie temperatury zasilania i powrotu instalacji
i obliczenie średniej różnicy temperatury

(

)

i

p

z

śr

t

t

t

t

−

+

=

2

t

śr

- średnia różnica temperatury między czynnikiem grzewczym a

temperaturą pomieszczenia [K],
t

z

- temperatura zasilania [

o

C],

t

p

- temperatura powrotu [

o

C],

t

i

- temperatura wewnętrzna pomieszczenia [

o

C].

Wartości t

śr

dla najczęściej stosowanych przypadków podano w tablicy 4.2:

4.1.3. Z tablicy 4.3 wybrać moduł ułożenia rur a, dla którego q

≅ q

or

oraz nie jest przekroczona dopuszczalna temperatura podłogi
(dla temperatury pomieszczenia t

i

= 25

o

C odczytaną

temperaturę podłogi należy zwiększyć o 4

o

C. Gęstość

strumienia ciepła nie ulega zmianie).

4.1.4. Obliczyć wydajność cieplną z 1 mb wężownicy oraz
wymaganą jej długość

]

W/m

[

qa

q

l

=

q

l

- wydajność cieplna z 1 mb wężownicy, [W/m],

q - rzeczywista gęstość strumienia ciepła, [W/m

2

],

a

- moduł ułożenia rur, [m].

]

m

[

l

q

Q

l

&

=

l - długość wężownicy, [m],

Q&

- straty ciepła pomieszczenia, [W],

q

l

- wydajność cieplna z 1 mb wężownicy, [W/m].

Orientacyjne zapotrzebowanie rury w zależności od modułu jej
ułożenia podane jest w tablicy 4.4.

4.1.5. Jeżeli l > 120 m wężownicę należy podzielić na kilka

obwodów, dla których przeprowadza się oddzielne obliczenia
cieplne i hydrauliczne, wyznaczając ilość ciepła oddawaną
przez te wężownice

]

W

[

F

F

Q

Q

i

i

&

=

i

Q&

- ciepło oddawane przez i - tą wężownicę, [W],

F

i

- powierzchnia podłogi zajmowana przez i - tą wężownicę, [m

2

],

F - całkowita powierzchnia podłogi, [m

2

].

Temperatura zasilenia dla wężownic połączonych równolegle jest
jednakowa.

4.1.6. Przy obliczeniach wydajności cieplnych wężownic

ogrzewających pomieszczenia, przez które prowadzone są
odcinki tranzytowe przyjmuje się zapotrzebowanie cieplne
danego pomieszczenia pomniejszone o zyski ciepła od
przewodów tranzytowych

]

W

[

l

tr

tr

q

l

Q

Q

Q

Q

−

=

−

=

′

&

&

&

&

Q′

&

- straty cieplne pomieszczenia pomniejszone o zyski z tranzytów, [W],

tr

Q&

- zyski ciepła od odcinków tranzytowych wężownicy, [W],

l

tr

- długości odcinków tranzytowych wężownicy, [m].

4.1.7. Narysowanie wężownicy na rzucie poziomym pomieszczenia

(długość rzeczywista) oraz obliczenie strumienia masy wody:

]

kg/h

[

86

,

0

t

Q

m

Δ

=

&

&

Δt - różnica temp. między zasilaniem i powrotem czynnika, [K].

4.1.8. Obliczenie oporów przepływu wody przez wężownicę

]

Pa

[

Z

Rl

p

+

=

Δ

R - jednostkowy liniowy spadek ciśnienia [Pa/m], wg tablicy 4.5.

Przy obliczaniu oporów miejscowych należy przyjąć współczynnik oporów
miejscowych

ζ = 0,5 dla pojedynczego kolana wężownicy:

]

Pa

[

1

∑

=

ζ

Z

Z

Z - opory miejscowe [Pa],
Z

1

- jednostkowe opory miejscowe danej wężownicy,

ζ - współczynnik oporów miejscowych, wg tablicy 4.6.

Jeżeli

Δp > 20 kPa, wężownicę należ podzielić na krótsze odcinki

i powtórzyć obliczenia cieplne i hydrauliczne dla każdego z nich.

4.1.9. Strumień objętości i wysokość podnoszenia pompy

obiegowej

]

O

mH

[

1

,

1

];

/h

m

[

3600

1

,

1

2

3

1

g

p

H

m

V

p

n

i

i

i

ρ

ρ

Δ

=

=

∑

=

&

&

n – liczba pętli obsługiwanych przez pompę obiegową,

ρ

– średnia gęstość czynnika grzejnego, [kg/m

3

].

4.2. Metodyka obliczeń dla pomieszczeń ze strefą brzegową

4.2.1. Dobrać wykładzinę podłogową, a następnie odczytać z tabeli

4.1 odpowiadającą jej wartość R

λ

oporu cieplnego. Wstępnie

założyć, że strefa brzegowa i pobytowa ogrzewane są tą
samą wężownicą.

4.2.2. Określić powierzchnię F

b

[m

2

] jaką zajmie strefa brzegowa

(długość powinna być równa długości ściany zewnętrznej,
szerokość 0,6 - 1,0 m), oraz powierzchnię F

p

[m

2

] jaką

zajmuje strefa pobytowa.

4.2.3. Obliczyć średnią różnicę temperatur t

śr

wg punktu 4.1.2.

4.2.4. Założyć moduł ułożenia rur 0,10 lub 0,15 [m], odczytać z

tablicy 4.3 gęstość strumienia ciepła w strefie brzegowej q

b

[W]. Nie wolno przekroczyć maksymalnej temperatury
podłogi w strefie brzegowej 35 [

o

C].

4.2.5. Obliczyć wydajność cieplną grzejnika podłogowego w strefie

brzegowej

]

W

[

b

b

b

F

q

Q

=

&

q

b

- gęstość strumienia ciepła w strefie brzegowej, [W/m

2

],

F

b

- powierzchnia strefy brzegowej, [m

2

].

4.2.6. Obliczyć wydajność cieplną z 1 mb wężownicy w strefie

brzegowej oraz długość wężownicy w tej strefie

]

W/m

[

b

b

lb

a

q

q

=

a

b

- moduł ułożenia rur w strefie brzegowej, m.

]

m

[

lb

b

b

q

Q

l

&

=

4.2.7. Obliczyć wydajność cieplną grzejnika podłogowego w strefie

pobytowej oraz orientacyjną gęstość strumienia ciepła dla tej
strefy

]

W

[

b

p

Q

Q

Q

&

&

&

−

=

]

W/m

[

2

p

p

or

p

F

Q

q

&

=

F

p

- powierzchnia strefy pobytowej, [m

2

].

4.2.8. Dalsze obliczenia wykonać wg punktów 4.1.3 – 4.1.4

4.2.9. Całkowita długość wężownicy

]

m

[

p

b

l

l

l

+

=

4.2.10. Obliczenia hydrauliczne przeprowadzić jak w punktach

4.1.7 – 4.1.9

Jeżeli całkowita długość wężownicy (wraz ze strefą brzegową)

l > 120 m lub opory przepływu przekraczają

Δp = 20 kPa, strefę

brzegową należy zaprojektować jako oddzielną wężownicę

(z zalecanym spadkiem temperatury wody dla tej strefy

Δt = 6 K).

Tablice do ogrzewań podłogowych wodnych

Tab. 4.1. Przybliżone wartości oporu cieplnego R

λ

w zależności od wykładziny

Tab. 4.2. Wartości średniej różnicy temperatur t

śr

między temperaturą

czynnika grzewczego a temperaturą pomieszczenia dla różnych t

i

(

p

z

t

t

t

−

=

Δ

)

Tab. 4.3. Gęstość strumienia ciepła q oddawanego przez podłogę w zależności od oporu

cieplnego R

λ

i modułu ułożenia rur

a

dla temperatury pomieszczenia t

i

= 20

o

C

c.d. Tab. 4.3.

Tab. 4.4. Orientacyjne zapotrzebowanie rury

∅16×2

w zależności od modułu układania a

Tab. 4.5. Jednostkowy liniowy spadek ciśnienia w rurach wielowarstwowych

c.d. Tab. 4.5.

c.d. Tab. 4.5.

c.d. Tab. 4.5.

Tab. 4.6. Wartości oporów miejscowych Z

1

dla

∑

= 1

ζ

w przewodach ogrzewań wodnych

4.3. Metodyka obliczeń przy wykorzystaniu wykresów

4.3.1. Wyznaczenie niezbędnej jednostkowej mocy cieplnej:

]

W/m

[

2

g

o

F

Q

q

&

=

4.3.2. Sprawdzenie temperatury powierzchni podłogi – rys. 4.1

4.3.3. Dla ustalonej wartości R

λ

i przyjętego rozstawu rur a należy

odczytać z rys. 4.2 wartość współczynnika korekcyjnego K

λ

Wstępne oszacowanie odstępu między rurami:

]

m

[

30

,

0

]

W/m

[

50

2

=

⇒

≤

a

q

o

]

m

[

20

,

0

]

W/m

[

70

50

2

=

⇒

≤

<

a

q

o

]

m

[

15

,

0

]

W/m

[

90

70

2

=

⇒

≤

<

a

q

o

]

m

[

10

,

0

]

W/m

[

90

2

=

⇒

>

a

q

o

Skorygowana wartość gęstości strumienia ciepła:

]

W/m

[

2

λ

K

q

q

o

=

4.3.4. Określenie wymaganej średniej arytmetycznej różnicy

temperatury dla grzejnika

Δt

ar

– rys. 4.3

4.3.5. Określenie wymaganego spadku temperatury wody

Δt

w wężownicy (w funkcji

Δt

ar

oraz

Δt

1

) – rys. 4.4.

Optymalna wartość

Δt wynosi 10K

4.3.6. Wyznaczenie orientacyjnej długości wężownicy

(L = F

g

/ a)

,

strumienia masy czynnika

(

t

Q

m

Δ

=

/

86

,

0

&

&

)

oraz strat ciśnienia

(rys. 4.5);

F

g

– powierzchnia grzejnika (podłogi), m

2

.

Wykresy do ogrzewań podłogowych wodnych

Rys. 4.1. Określenie średniej temperatury powierzchni podłogi (temperatura

ta nie może przekraczać wartości dopuszczalnej)

Rys. 4.2. Określenie wartości współczynnika korekcyjnego K

λ

dla grzejników podłogowych

z rur polibutylenowych d

z

/ d

w

= 12,7 / 9,6

Δt

ar

[K]

Rys. 4.3. Określenie średniej arytmetycznej różnicy temperatury dla rur

grzejników podłogowych wykonanych z tworzywa sztucznego

Rys. 4.4. Określenie wymaganego spadku temperatury

Δt

czynnika grzejnego w wężownicy;

t

z

– temperatura czynnika grzejnego na zasilaniu,

t

i

– obliczeniowa temperatura pomieszczenia

Rys. 4.5. Określenie strat ciśnienia w wężownicy z rur polibutylenowych

5. Obliczenia elektrycznych ogrzewań podłogowych

5.1. Z nomogramu 5.1 wyznaczyć jednostkową moc cieplną; lub za

pomocą wzoru:

]

W/m

[

2

g

o

F

Q

q

&

=

F

g

– powierzchnia grzejnika (podłogi), m

2

.

5.2. Z nomogramu 5.2 wyznaczyć temperaturę podłogi

Jeśli temperatura podłogi t

p

przekracza wartość dopuszczalną, to

zastosowanie w tym pomieszczeniu grzejnika podłogowego nie jest
zalecane. W celu obniżenia temperatury podłogi należy rozważyć
możliwość dodatkowego ocieplenia przegród zewnętrznych.

5.3. Wybór typu i długości przewodu grzejnego oraz jego

rozmieszczenia (rozstawu a = F

g

/ L) – nomogram 5.3

Wymagana moc cieplna przewodu:

]

W

[

1

,

1 Q

Q

k

&

& =

(ok. 10% mocy cieplnej z grzejnika podłogowego to strata do dołu)

Należy wybierać przewody tak (możliwie najkrótsze), aby ich moc
jednostkowa q

1

odpowiadała mocy przewodów dostarczanych przez

producentów.

5.4. Sprawdzenie dopuszczalnej temperatury przewodu

Z nomogramu 5.4 wyznaczyć współczynnik korekcyjny K

λ

. Zastępcza

jednostkowa moc cieplna grzejnika wynosi wówczas:

q

z

= K

λ

q

o

[W/m

2

]

Z nomogramu 5.5 wyznaczyć, w funkcji q

z

oraz a, temperaturę przewodu

grzejnego. W przypadku przekroczenia t

kmax

(np. t

kmax

= 70

o

C) należy

wybrać kabel o mniejszej mocy jednostkowej q [W/m] (dłuższy kabel).

Wykresy do ogrzewań podłogowych elektrycznych

Rys. 5.1. Określenie jednostkowej mocy cieplnej grzejnika podłogowego

Rys. 5.2. Określenie temperatury powierzchni podłogi

Rys. 5.3. Wybór typu przewodu grzejnego i określenie jego długości

Rys. 5.4. Wyznaczanie współczynnika korekcyjnego K

λ

uwzględniającego opór cieplny dodatkowego

pokrycia płyty grzejnej

Temperatura t

k

dla różnej temperatury w pomieszczeniu t

i

i różnego rozstawu przewodów grzejnych

a

Rys. 5.5. Określenie temperatury przewodu grzejnego (t

kmax

= 70

o

C)

6. Przykładowe koszty