Krok II – Właściwości techniczne ogrzewania podłogowego

Jak działa ogrzewanie podłogowe?

Wymiana ciepła między odległymi powierzchniami ciał o różnej temperaturze następuje w wyniku promieniowania podczerwonego – fal elektromagnetycznych oraz konwekcji – ruchu powietrza. Natomiast przy bezpośrednim kontakcie – np. stóp z powierzchnią podłogi – występuje przewodzenie ciepła. Ogrzewanie podłogowe należy do ogrzewań płaszczyznowych, gdzie ciepło przekazywane jest do otoczenia z aktywnej części powierzchni podłogi. Podłogówka ogrzewa pomieszczenie głównie przez promieniowanie cieplne i konwekcję z niewielkim udziałem przewodzenia.

Układy temperatur przy rozstawie rurek grzewczych ok. 150mm i ok. 75mm

Układ z gęstszym rozstawem jest bezpieczniejszy dla posadzek drewnianych, ponieważ przy niższej temperaturze czynnika grzewczego daje takie same efekty grzewcze.

Współczynnik przejmowania ciepła szczegółowo określa norma EN-PN – 1264-2, natomiast praktyczne zastosowanie ma norma EN-1264-5 gdzie współczynnik ma wartość stałą i wynosi 10,8W/m²K.

Powyższy wykres charakteryzuje emisję ciepła (W/m2) stosownie do różnicy temperatur powierzchnia posadzki – powietrze, z wydzieleniem udziału konwekcji i promieniowania.

Dla porównania przy ogrzewaniu ściennym przeważa promieniowanie średnio ok. 70%, konwekcja około 30%, razem 8,5W/m²K, natomiast przy ogrzewaniu sufitowym dominuje promieniowanie średnio ok. 90%, a konwekcja tylko w granicach 10%, razem 6,5W/m²K.

W przypadku niskotemperaturowych ogrzewaniach płaszczyznowych promieniowanie cieplne ma wartość ok. 5,5W/m²K, a o efektywności grzewczej decyduje konwekcja – ruch powietrza, nawet delikatny ale do góry i z całej aktywnej płaszczyzny, czego przykładem jest podłogówka.

Jakie to ma praktyczne znaczenie? Otóż w porównaniu do ogrzewania sufitowego, podłogówka przy tej samej temperaturze powierzchni, przekaże do pomieszczenia ponad 60% więcej ciepła. Innymi słowy, dla tego samego zapotrzebowania cieplnego w pomieszczeniu, temperatura sufitu grzewczego musi być znacznie wyższa od temperatury podłogi grzewczej. Korzystnym rozwiązaniem dla komfortu grzewczego jest łączenie ogrzewania podłogowego z ogrzewaniem ściennym, zainstalowanym w ścianach zewnętrznych, gdzie ich temperatura jest zbliżona, lub nieco wyższa od średniej temperatury powietrza w pomieszczeniu. Innowacyjność rozwiązania skłania do przygotowania odpowiedniego projektu instalacji i izolacji ścian zewnętrznych.

Naturalnym jest fakt, iż bez różnicy temperatur między podłogą a pomieszczeniem nie będzie wymiany ciepła. Przy założeniu temperatury 20°C w pomieszczeniu i stałej temperaturze podłogi 25°C z każdego jej m² możemy uzyskać ok. 54W (wg EN-1264-5).

W tej sytuacji podłoga o odkrytej – aktywnej powierzchni 100m² przekaże do pomieszczenia ok. 5,4 kW mocy cieplnej. Taka ilość ciepła, powinna wystarczyć do zbilansowania strat ciepła w dzisiejszych, dobrze ocieplonych budynkach, nawet przy minus 20°C na zewnątrz. Jeżeli jednak mamy budynek, w którym ta ilość nie wystarczy, to kosztem komfortu cieplnego w kontakcie z podłogą, możemy uwzględnić w projekcie jej maksymalną temperaturę w okolicach 27°C. Wówczas z każdego m² uzyskamy ok. 76W i analogicznie ok. 7,6 kW z całej stumetrowej podłogi. Inną formą zabezpieczenia bilansu cieplnego będą dodatkowe grzejniki wspomagające podłogę w tym trudnym dla niej okresie.

Amerykańskie Stowarzyszenie Inżynierów Ogrzewnictwa, Chłodnictwa i Klimatyzacji ASHRAE, dzieli ogrzewanie podłogowe na cztery grupy zależnie od wydajności cieplnej.

Emisja ciepła a kolor i gładkość powierzchni.

Wiadomo, że materiały o ciemnej matowej powierzchni, lepiej emitują ciepło, co mogło by mieć odniesienie do czasu, kiedy podłoga grzeje. Analogicznie ciemne, matowe kolory lepiej pochłaniają ciepło, co odnosi się do nagrzewania podłogi ciepłem słonecznym. W dużym uproszczeniu można założyć, iż skoro promieniowanie cieplne ma większościowy udział w emisji ciepła, to jego efektywność będzie wynikać z emisyjności powierzchni materiałów zawartych w tabeli poniżej.

Promieniowanie cieplne przy podłogówce ma większościowy udział (do 70%). Ogólnie przyjmuje się, że przy ogrzewaniu podłogowym, ten sam komfort cieplny uzyskuje przy temperaturze powietrza niższej o 1÷2 °C niż przy ogrzewaniu tradycyjnym. Ilość ciepła emitowanego z grzejącej podłogi zależy od różnicy jej temperatury względem temperatury otoczenia oraz od emisyjności powierzchni, co przekłada się na temperaturę odczuwalną w pomieszczeniu. Emisyjność drewna w porównaniu do metali jest dosyć wysoka, jednak różna dla poszczególnych gatunków drewna, sposobów wykończenia i zmienia się wraz ze zmianą temperatury. Dla posadzki z drewna ma to pewne znaczenie, ponieważ przy porównywalnym komforcie cieplnym, możemy obniżyć nieco temperaturę podłogi. W Zakładzie Parkiet Komplex w Mławie, w technice termografii aktywnej, przetestowano kilkanaście sposobów wykończenia powierzchni kilku gatunków drewna z efektami cieplnymi jak na zamieszczonych termogramach. Inspiracją do powyższego były min. publikacje badań Universidad de Valladolid Hiszpania 2016r, Revista Ambiente Construído Associação Nacional de Tecnologia do Ambiente – Brazylia 2012r oraz Laboratory of Wood Science Japonia 1014r.

Samoregulacja podłogówki czyli bezobsługowa dbałość o utrzymanie właściwej temperatury w pomieszczeniach, polega na samoczynnej zmianie wydajności cieplnej podłogi w wyniku zmiany temperatury wewnętrznej w pomieszczeniu (okresowe nasłonecznienie czy używanie urządzeń generujących ciepło, większa ilość osób w pomieszczeniu). Tak dostarczona energia, w podobnej ilości zmniejsza obciążenie cieplne podłogi. Nie oznacza to jednak, że podłogówka schładza pomieszczenie w przypadku wzrostu temperatury. Po prostu ogranicza dostawę ciepła do czasu, kiedy inne źródła przestaną „działać”, a temperatura w pomieszczeniu z tytułu naturalnych strat ciepła, zejdzie do zakładanego poziomu. Podobnie, aczkolwiek odwrotnie, zachowuje się podłogówka w przypadku spadku temperatury.

Należy podkreślić, że samoregulacja dotyczy głównie ogrzewania wodnego, po części elektrycznego z kablami zmiennooporowymi i działa w niewielkim zakresie niższych temperatur oraz z pewnym opóźnieniem, adekwatnym do bezwładności podkładu grzewczego i oporu cieplnego posadzki.

Powyższa wiedza pozwala na zastosowanie optymalnych rozwiązań w zakresie instalowania drewna na ogrzewaniu podłogowym.