Poniższe opracowanie pozwoli poznać i wskazać optymalne rozwiązania, dotyczące posadzek drewnianych zainstalowanych na podkładach grzewczych i chłodzących.

 TEMATYKA OPRACOWANIA:

1 . Chłodzenie podłogowe jako element komfortu cieplnego.

2. Drewno w  zmiennych warunkach wilgotnościowych.

3. Czynniki wspomagające chłodzone posadzki z drewna.

4. Symulacje cieplno wilgotnościowe.

5. Zalecenia wykonawcze. 

6. Zalecenia użytkowania.

1 . CHŁODZENIE PODŁOGOWE JAKO ELEMENT KOMFORTU CIEPLNEGO.

Minęły czasy, kiedy budynek lub mieszkanie chroniły nas tylko przed deszczem i chłodem.

Obecne materiały i technologie pozwalają na to, aby  mieszkanie lub budynek mieszkalny,  dawały pełniejszy komfort w użytkowaniu, w każdej porze roku.

Coraz wyższa ciepłochronność budynków, pomału marginalizuje temat ogrzewania na rzecz schładzania pomieszczeń.

Chociaż architekci i projektanci główną uwagę przywiązują do stylu, mody czy  energooszczędności zgodnej z okresowo aktualizowanymi wymogami, to jednak temat komfortu cieplnego wzbudza coraz większe zainteresowanie inwestorów.

Jednym ze sposobów poprawy komfortu cieplnego jest rozwiązanie hybrydowe – ogrzewanie/chłodzenie podłogowe, które funkcjonują od wielu lat, z większymi lub mniejszymi problemami ale funkcjonują.

W tych rozwiązaniach, wiele rodzajów posadzek drewnianych może prawidłowo funkcjonować, pod warunkiem odpowiedniego wykonania i użytkowania. Jednocześnie każda może być problematyczna, po złym wykonaniu i przy niewłaściwym użytkowaniu.

Jeśli w stu przypadkach tego samego rozwiązania, tylko jedno funkcjonuje, to znaczy, że to rozwiązanie jest właściwe, a pozostałe 99 – do poprawki.

Poniższe opracowanie pozwala spojrzeć na optymalne rozwiązania w zakresie stworzenia komfortu cieplnego w okresie letnim, przy założeniu, że same podłogi chłodzące nie są w stanie w pełni go zapewnić.

2. DREWNO W  ZMIENNYCH WARUNKACH WILGOTNOŚCIOWYCH.

Funkcjonowanie chłodzenia podłogowego polega na tym, że w przewodach, znajdujących się wewnątrz podłogi, krąży woda o temperaturze niższej od temperatury w pomieszczeniu.

 Ogólna zasada – regulacja temperatury wody powinna być skonfigurowana z wilgotnością powietrza i temperaturą powierzchni posadzki, w taki sposób, aby zapobiegać roszeniu wilgoci.

 Najczęściej przyjmuje się wartość 3⁰C względem TPR – 80÷85%RH nad posadzką. To zabezpieczenie wystarcza w przypadku posadzek niechłonnych np. kamiennych i ceramicznych.

W przypadku posadzek z materiałów higroskopijnych np. z drewna, należy określić  użytkowe RH oraz czas funkcjonowania chłodzenia, aby uniknąć przesycenia wilgocią elementów posadzkowych.

Tu warto skorzystać z  tabeli temperatury punktu rosy oraz tabeli wilgotności równoważnej drewna i zauważyć, że drewno jest materiałem higroskopijnym i nie musi mieć „punktu rosy” aby spęczniało.

Poniższa grafika, obrazuje wpływ temperatury powietrza na jego wilgotność względną.  Jeżeli założymy, że temperatura punktu rosy będzie różna o 3⁰C względem temperatury powierzchni posadzki, to wilgotność względna w tym miejscu będzie, na poziomie 80 – 85%.

Jeżeli przyjmiemy, że w średnich warunkach  cieplno- wilgotnościowych 20⁰C i 50%RH drewno będzie miało wilgotność 9%, to już przy 85% wilgotności względnej, to samo drewno może osiągnąć wilgotność około 18%.

Takiej wilgotności nie zaakceptuje żadna posadzka drewniana. Ponadto, warto zauważyć, że powyżej wartości średnich, wilgotność drewna wzrasta w większym stopniu.

Aby zrozumieć, istniejący w tej hybrydzie odmienny układ wilgotności, trzeba wiedzieć, że ogrzewanie – chłodzenie podłogowe, to wzajemna odwrotność w układzie temperatur.

Przy ogrzewaniu  podłogowym temperatura wewnątrz konstrukcji podłogi jak i samej posadzki jest wyższa a wilgotność niższa,

natomiast w przypadku podłogi chłodzonej jest odwrotnie.

Tak diametralna zmiana  stwarza znaczną różnicę wilgotności drewnianych elementów posadzkowych, dochodzącą nawet do 6% na powierzchni, natomiast w spodniej części posadzki, wilgotność drewna będzie dążyć do różnicy 10%.

Istota tematu –
posadzka drewniana jako element na styku
chłodnej konstrukcji podłogi i ciepłego, wilgotnego powietrza.

Podstawowe  właściwości elementów drewnianych zainstalowanych na chłodzeniu podłogowym:

1. Wilgotność drewna podczas montażu posadzki  – 8÷9%.
2. Opór cieplny, im mniejszy tym mniejsza różnica wilgotności lico/spód oraz większa efektywność chłodzenia, zaleca się do 0,1m²K/W.
3. Właściwości drewna w zakresie pochłaniania wilgoci.
4. Właściwości elementu posadzkowego w zakresie  zmian wilgotności.
5. Wielkość odkształceń liniowych i odkształceń w płaszczyźnie.
6. Odporność na naprężenia wewnątrz elementu, przy znacznej zmianie wilgotności.
7. Jakość podkładu, do którego będzie przyklejona posadzka.
8 . Jakość spoiny zespalającej posadzkę z podkładem.


Dla zobrazowania niektórych właściwości, przeprowadzono prosty eksperyment związany ze zmianą wilgotności drewnianych elementów posadzkowych.

Prezentowane powyżej elementy posadzkowe o wilgotności wstępnej 8% umieszczono w komorze o temperaturze 20⁰C i
wilgotności względnej 75%, z codziennym zapisem zmian wagowych, co przekłada się na dokładny obraz zmian wilgotnościowych.


Na bazie powyższego zestawienia utworzono poniższe wykresy.


Pierwszy wykres wskazuje na szybsze pochłanianie wilgoci przez elementy olejowane względem elementów lakierowanych.

Poniżej wykres obrazujący szybkość zmian wilgotności zależnie od konstrukcji elementu drewnianego i wykończenia, w okresie 8 dni,

w otoczeniu powietrza o temperaturze 20⁰C i wilgotności 75%.

OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA RODZAJÓW ELEMENTÓW POSADZKOWYCH


Elementy posadzkowe pod wpływem zmiany wilgotności ulegają odkształceniom lub naprężeniom wewnętrznym.

Szybkość i wielkość odkształceń zależy od rodzaju zastosowanego  drewna, grubości i konstrukcji elementu oraz jego powierzchni w rozwinięciu.

Element drewniany nie mogąc się odkształcić, generuje naprężenia. Wielkość naprężeń zależy od rodzaju drewna w elemencie podłogowym.

 Naprężeniom i odkształceniom z powodu zmian wilgotności otoczenia, może przeciwstawić się odpowiednia konstrukcja elementu, najczęściej krzyżowa, oraz dobra jakość zespolenia poszczególnych warstw.


Wiele zależy od wzajemnej wilgotności równoważnej drewna  podczas produkcji.
Zdarza się, że warstwowy element posadzkowy jeszcze nie zobaczył podłogi, a już jest w stanie naprężeń wewnętrznych, niekiedy nawet uszkodzeń (pęknięcia, rozwarstwienia).

Najbardziej oporny w przyjmowaniu wilgoci jest element lakierowany z czterech stron. Tu lakierowanie czół elementów posadzkowych  ma największe znaczenie, jako że drewno  „od czoła” przyjmuje wilgoć 4-kronie szybciej niż z pozostałych stron.

Analizując wszystkie cechy elementów posadzkowych z drewna można przyjąć, że w systemie ogrzewania i chłodzenia podłogowego, najlepiej spełni się posadzka wykonana z elementów dwuwarstwowych. 

Układ warstw – lico dąb na sklejce wodoodpornej bez nacięć, w proporcjach 1/4, o łącznej grubości 14 ÷ 15mm. Format mały i średni, powierzchnia lakierowana.

Biorąc pod uwagę przedstawione powyżej właściwości drewna, należy przyjąć założenie, że posadzka drewniana w układzie podłogi chłodzonej, powinna być tylko elementem składowym, wpływającym na poprawę komfortu w okresie letnim.

Tu należy wziąć pod uwagę szereg innych zależności, które rzutują na prawidłowe funkcjonowanie posadzki drewnianej, wpisanej zarówno w układ chłodzenia jak i ogrzewania podłogowego.

Do tych zależności należą:

1 – temperatura powietrza
2 – ruch powietrza.
3 – wilgotność względna
4 – wymiana powietrza
5 – bezwładność cieplna konstrukcji budynku
6 – nagrzewanie pomieszczeń z powodu ich nasłonecznienia
7 – odczucie komfortu w bezpośrednim kontakcie  z podłogą
8 – kompleksowe zarządzanie urządzeniami i procesami tzw. inteligentne sterowanie.


Znając cechy – słabości drewna względem wilgoci, zastanówmy się co zrobić, aby stworzyć odpowiednie i korzystne warunki, zarówno dla użytkownika jak i dla drewna


CZYNNIKI WSPOMAGAJĄCE CHŁODZONE POSADZKI Z DREWNA.

Na początek porównajmy możliwości w przejmowaniu ciepła przez poszczególne przegrody – płaszczyzny zewnętrzne pomieszczenia.

Podłoga nie jest tu mocarzem, raczej słabeuszem, którego należy wspomóc.


1.       TEMPERATURA POWIETRZA – na początek.


Byłoby najlepiej, gdyby wszystkie przegrody (sufit, ściany i podłoga) zimą grzały a latem chłodziły.

Wówczas obciążenie z tytułu grzania lub chłodzenia „rozłożyło by się na wszystkich i każdemu byłoby lżej”.

Co najważniejsze –  komfort dla użytkownika byłby najwyższy.

Niestety póki co, jeszcze tak nie jest.

W tej sytuacji, błędnym założeniem jest to, że sama podłoga podoła zadaniu chłodzenia, szczególnie, kiedy na jej powierzchni jest drewno.

Szukajmy  pomocy dla posadzki drewnianej w trudnym dla niej układzie chłodzenia.

2.       RUCH POWIETRZA


Ruch powietrza ma istotny wpływ na temperaturę odczuwalną.


Przy ogrzewaniu płaszczyznowym gdzie dominuje promieniowanie cieplne, ruch powietrza jest minimalny, (0,1÷0,15 m/s, natomiast przy ogrzewaniu konwekcyjnym, zgodnie z nazwą wzrasta do 0,3m/s.

Korzystając z tej zależności, minimalny ruch powietrza poprawia komfort użytkownika i jego kieszeni w okresie grzewczym, ale latem
, w  przypadku chłodzenia pomieszczeń jest odwrotnie.

Delikatny ruch powietrza korzystnie wpływa na odczucie komfortu, przy porównywalnej  temperaturze wnętrza, oraz poprawia efektywność przejmowania ciepła przez chłodną podłogę.

Swój udział w tym względzie może mieć wentylacja mechaniczna.

Korzystając z kalkulatora temperatury odczuwalnej można sprawdzić w jakim stopniu zmiana ruchu powietrza wpływa na odczucie komfortu cieplnego użytkownika.

http://www.uwm.edu.pl/wksir/zmetkli/calcul1.htm

3.       WILGOTNOŚĆ WZGLĘDNA –
a właściwie jej zmniejszenie, to poprawa komfortu i kolejne wspomożenie drewnianej posadzki w układzie chłodzenia.

Wilgotność względna ma również wpływ na temperaturę odczuwalną, co wynika z przejmowania ciepła parowania każdego z użytkowników.

Wyższa wilgotność  zmniejsza parowanie i jednocześnie poprawia odczucie komfortu cieplnego w okresie grzewczym.


 Latem jest odwrotnie, niższa wilgotność szybciej odbiera wilgoć z naszej skóry, a tym samym bardziej ją schładza.


Określenie „parne powietrze” wynika bardziej z jego wysokiej wilgotności niż z temperatury.


W tym temacie, najbardziej pomocna jest wentylacja mechaniczna z klimatyzacją, jako trzy w jednym – zmniejszenie temperatury i wilgotności powietrza oraz delikatny ruch powietrza.


Kalkulator temperatury odczuwalnej jest tu bardzo przydatny.


4.       WYMIANA POWIETRZA – WENTYLACJA GRAWITACYJNA CZY MECHANICZNA –
która pomocna, a która szkodliwa?

Najlepsza wentylacja to taka, którą możemy sterować, czyli wymieniać taką ilość powietrza aby zachować jego czystość ,
ewentualnie usuwać nadmiar lub uzupełniać braki wilgoci.

Zimą kontrolowana  wymiana powietrza,  przeciwdziała nadmiernemu przesuszaniu drewna zainstalowanego w podłodze.


Latem wentylacja z klimatyzacją schładza i osusza powietrze, co poza poprawą komfortu, zmniejsza stopień nasycenia powietrza wilgocią.


 W efekcie zmniejszamy  jego oddziaływanie na wzrost wilgotności drewna.


W sumie zawężamy zakres zmian wilgotności powietrza, co służy posadzce drewnianej.


5.6. BEZWŁADNOŚĆ CIEPLNA –
też ma tu swój udział.

 Uzupełnieniem powyższej tezy jest pojemność cieplna – czterokrotnie wyższa dla ścian wykonanych z silikatu, względem ścian wykonanych z  betonu komórkowego.
W tym względzie relacja ścian wykonanych z cegły dziurawki i ścian z betonu komórkowego wynosi  3 do 1.

  Duża pojemność cieplna wnętrza budynku bardzo korzystnie wpływa na jego stateczność temperaturową, tworząc  naturalny bufor dla wszelkich, okresowych zysków lub strat ciepła.


Warto wspomnieć o stateczności wilgotnościowej pomieszczeń, na którą mają wpływ materiały ścienne o dużej pojemności wilgoci i paroprzepuszczalności np. tynki wapienne czy cegła wapienno-piaskowa (silikat).


Budynki z dużą bezwładnością wewnętrzną mogą mieć większe powierzchnie przeszklone w porównaniu do lżejszych odpowiedników.

Zainstalowanie żaluzji, czy odpowiednia konstrukcja zadaszenia od strony południowo-zachodniej, dodatkowo poprawia stabilność temperaturową  wewnątrz pomieszczeń.

Całość łagodzi zmiany w układzie temperatura-wilgotność, co służy posadzce drewnianej w układzie chłodzenia.

Przedstawiona poniżej tabelka uwiarygodnia powyższą tezę.
7.       PRZYJEMNE ODCZUCIE W BEZPOŚREDNIM KONTAKCIE  Z PODŁOGĄ.

Jeśli myślimy o komforcie cieplnym, to spójrzmy na niego z każdej strony.

Przy wyborze należy rozważyć dyskomfort w odczuciach cieplnych w bezpośrednim kontakcie z podłogą, jako że latem nie chodzimy w ciepłym obuwiu.


Posadzka drewniana w układzie grzania i chłodzenia jest trudna w wykonaniu i zobowiązująca podczas eksploatacji, ale przyjemna w dotyku, bez względu na porę roku.

Posadzka z ceramiki, kamienia czy cienkiego plastiku będzie bardziej efektywna w schładzaniu niż posadzka z drewna, jednak mniej komfortowa dla stóp, praktycznie dla większości użytkowników.


Poniżej, grafika oraz tabela komfortu cieplnego w dotyku dla stóp, w kontakcie z posadzką z drewna lub z posadzką ceramiczną i kamienną.


8 . KOMPLEKSOWE ZARZĄDZANIE URZĄDZENIAMI I PROCESAMI TZW. INTELIGENTNE STEROWANIE.

Obecnie istnieją możliwości techniczne aby móc sterować wszelkimi, zainstalowanymi urządzeniami w sposób zsynchronizowany, pozwalający na działania z wyprzedzeniem.
Powyższe sterowanie wpływa  na łagodniejsze wprowadzanie optymalnych parametrów temperatury, wilgotności i ruchu powietrza wewnątrz pomieszczeń.

Z doświadczenia wiemy, że drewno najtrudniej znosi gwałtowne zmiany temperatury i wynikające z tego zmiany wilgotności.


DWA WARIANTY PODŁOGI CHŁODZONEJ Z POSADZKĄ DREWNIANĄ.


PIERWSZY WARIANT BEZ KLIMATYZACJI, Z WENTYLACJĄ MECHANICZNĄ LUB Z NATURALNĄ WENTYLACJĄ GRAWITACYJNĄ.

W tym wariancie należy zwrócić uwagę, że każdy wzrost temperatury w pomieszczeniu powyżej 26 ⁰C (ujętej w poniższej symulacji), przekłada się na niekorzystną dla posadzki drewnianej, relację cieplno-wilgotnościową.

Jeżeli temperatura będzie wzrastać powyżej 26⁰C, a wilgotność względna przekraczać wartość 60%, należy zastosować przenośne urządzenia klimatyzujące lub osuszacze powietrza, ewentualnie zmniejszyć moc chłodzenia.

W tych warunkach wentylowanie pomieszczeń powinno być pod kontrolą.

W przypadku posadzki o wyższym oporze cieplnym, należy odpowiednio zmniejszyć jej moc chłodzenia.

W wariancie bez klimatyzacji, należy ograniczać czas aktywności podłogi chłodzonej do 2 – 3 tygodni.

Całość warunków wykonawczo – użytkowych na końcu opracowania.

DRUGI WARIANT Z AKTYWNĄ KLIMATYZACJĄ.

Aktywna klimatyzacja w znacznym stopniu wspomaga chłodzącą podłogę, głównie za przyczyną zmniejszenia wilgotności i temperatury.


Poza tym, wprowadza delikatny ruch powietrza bez udziału wilgotnego powietrza zewnętrznego.


W przedstawionych warunkach posadzka drewniana powinna czuć się niezagrożona, nawet w znacznie dłuższym okresie aktywnego chłodzenia.

Oczywiście, należy uwzględnić wszelkie warunki wykonania i użytkowania zawarte na końcu opracowania.

To tyle w zakresie prostego przekazu, obrazującego  funkcjonowanie dwóch różnych opcji chłodzenia podłogowego.

Podsumowując zawarte w opracowaniu informacje i zależności, można przedstawić podstawowe zalecenia w zakresie wykonania i użytkowania posadzek drewnianych w układzie chłodzenia podłogowego.



 
OGÓLNE ZALECENIA WYKONAWCZE W ZAKRESIE POSADZEK CHŁODZONYCH.
 
1.Podstawa to  projekt, w którym posadzka drewniana powinna być wpisana w   układ   ogrzewania, chłodzenia i klimatyzowania pomieszczeń, gdzie kluczem jest najpierw kontrola wilgotności powietrza (osuszanie), a następnie kontrola temperatury podłogi.
 
2. Dobra jakość wylewek – ich zwartość w masie i wytrzymałość powierzchni.
 
3. Przynajmniej półroczna karencja dla wylewek na bazie cementu.
     Istotne jest wygrzanie wylewki, ważny jest również czas aby beton zmniejszył PH.
 
4. System klejowy o możliwie najwyższym parametrach wytrzymałościowych z
     odpornością na oddziaływanie wilgoci.
 
5.  Spoina klejowa powinna, w miarę szczelnie zamykać przestrzeń między   podkładem   a posadzką.
 
6.      Instalacja cienkich elementów warstwowych o niskim oporze cieplnym do 0,1m2K/W,  elementy w klasie odpornej na oddziaływanie wyższej wilgotności.

 
7.  Instalowanie elementów posadzkowych o pełnej powierzchni spodniej,
      spowalniającej wnikanie wilgoci do wnętrza elementów drewnianych.
 
8.  Stosowanie powłok lakierowych izolujących, w pewnym stopniu,
     powierzchnię posadzki od wilgotnego powietrza.
 
9.  Sprawdzenie, czy w obrębie posadzki zainstalowano czujniki temperatury i   wilgotności zsynchronizowane z automatyką instalacji.
 
10. Przygotowanie odpowiedniej formuły właściwości użytkowych posadzki drewnianej w układzie ogrzewania i chłodzenia podłogowego
.



UŻYTKOWANIE POSADZEK DREWNIANYCH NA PODKŁADACH CHŁODZONYCH.

W BUDYNKACH BEZ KLIMATYZACJI:
 
1. Warunkowy zakres wilgotności w pomieszczeniach – 40% zimą i 60% latem.

2. Ustawienie parametrów chłodzenia stosownie do możliwości posadzek drewnianych,

z zaleceniem maksymalnej mocy grzewczej do 25 W/m2,
    co daje w do  4⁰C różnicy temperatur powietrze – powierzchnia podłogi.
 
3. Korzystanie z chłodzenia podłogowego w ograniczonym czasie  2 -3  tygodni,
    w zależności od obciążenia cieplnego i rodzaju posadzki drewnianej.
 
4. Zainstalowanie przenośnych urządzeń klimatyzujących lub osuszających podczas podwyższonej wilgotności i temperatury na zewnątrz lub w pomieszczeniach.

 
W BUDYNKACH Z KLIMATYZACJĄ:
 
1. Prawidłowe wykorzystanie urządzeń schładzających i jednocześnie zmniejszających wilgotność w pomieszczeniach. Te urządzenia, wraz z automatyką, są koniecznością w budynkach w wilgotnym środowisku.
 
2. Warunkowy zakres wilgotności w pomieszczeniach – 40% zimą i 50% latem.
 
3. Ustawienie parametrów chłodzenia stosownie do możliwości posadzek drewnianych,

z zaleceniem maksymalnej mocy grzewczej do 30 W/m2,
co daje w do  5⁰C różnicy temperatur powietrze – powierzchnia podłogi.
 
4. Przy odpowiednim doborze rodzaju posadzki i mocy, korzystanie z chłodzenia  podłogowego bez ograniczeń czasowych.

 
 POZA TYM, W KAŻDYM PRZYPADKU:
 
 1. Ograniczenie możliwości nasłoneczniania pomieszczeń – nagrzewania podłogi.
 
2. Dbałość o powierzchnię posadzki drewnianej, szczególnie olejowanej aby przed okresem letnim nałożyć warstwę konserwacyjną,
      uszczelniającą posadzkę przed wnikaniem wilgoci z powietrza.
 
3. Wszelkie osłony podłogi typu dywan, przylegające do podłogi meble, ograniczają dostęp ciepła,

co przekłada się na niższą temperaturę i wyższą wilgotność posadzki.
W efekcie podłoga może ulec uszkodzeniu.
 
4. Otwarte lub rozszczelnione okna wprowadzają niekontrolowaną ilość wilgotnego    powietrza,

co może doprowadzić do znacznie szybszego zawilgocenia posadzki.

Zamykając temat, należy wspomnieć o łańcuszku zależności, gdzie o wartości decyduje najsłabsze ogniwko.
 
                                                                        Autor opracowania Tadeusz Woźniak.
                                                                         Tel. 503 046 143

Powyższe opracowanie jest własnością autora.

Udostępnij wpis

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *

Witryna wykorzystuje Akismet, aby ograniczyć spam. Dowiedz się więcej jak przetwarzane są dane komentarzy.