Wodne ogrzewanie podłogowe Konfiguracja, montaż, użytkowanie

Ogrzewanie podłogowe ma jednak znacznie więcej atutów. Ważną zaletą takiej instalacji jest to, że zasila się ją wodą grzewczą o stosunkowo niskiej temperaturze. W efekcie takie urządzenia jak, pompa ciepła, kocioł kondensacyjny czy kolektory słoneczne, osiągają bardzo wysoką efektywność pracy. Ponadto we współpracy z pompą ciepła system ogrzewania podłogowego może stanowić również rodzaj magazynu ciepła. Dzięki temu wiosną i jesienią możliwe jest np. wymuszenie bardziej intensywnej pracy pompy ciepła w ciągu dnia, gdy działa także instalacja fotowoltaiczna. W ten sposób wzrasta stopień wykorzystania energii elektrycznej generowanej przez system ogniwa. Część użytkowników wykorzystuje instalację podłogową również w trybie chłodzenia pomieszczeń w okresie letnim. Rozwiązanie to jest szczególnie popularne we współpracy z gruntową pompą ciepła i sondami gruntowymi. Możliwe jest wówczas odprowadzanie ciepła z przestrzeni podłogi do gruntu wokół odwiertów. Pozwala to uzyskać częściowe schłodzenie pomieszczeń przy bardzo niskich kosztach eksploatacji, ponieważ w tym czasie pracują tylko pompy obiegowe, a nie sprężarka pompy ciepła.

Dobór instalacji

Zakup i montaż systemu grzewczego wiąże się zawsze z dużymi nakładami finansowymi na tle całkowitych kosztów budowy domu. Niezależnie, czy są to grzejniki, klimakonwektory, czy instalacja podłogowa zawsze powinna ona spełniać swoje zadanie, czyli skutecznie ogrzewać dom, a przy tym nie generować nadmiernych wydatków na samą inwestycję, a potem na jej eksploatację. Dlatego czasem pojawia się pokusa, aby zredukować lub uprościć nieco instalację. Choć dzięki temu na początku wydamy mniej, to potem rachunki za ogrzewanie mogą być znacznie wyższe, np. z powodu konieczności zasilania instalacji wodą o wyższej temperaturze. Z kolei za nadmiernie rozbudowaną instalację, z dodatkowym zagęszczeniem rur zapłacimy więcej, ale nie zawsze przełoży się to, na znaczne ograniczenie kosztów eksploatacji. Dlatego parametry instalacji podłogowej powinny być ściśle dostosowane nie tylko do potrzeb energetycznych całego budynku, ale miejscowo również do potrzeb każdego wnętrza. Przykładowo w wiatrołapie, w którym oczekujemy niższej temperatury możemy zastosować mniejszy rozstaw rur i obniżyć koszt instalacji. Za to w narożnym pokoju, w którym planuje się zastosować drewnianą okładzinę podłogową niezbędne będzie zwiększenie zagęszczenia rur. W przeciwnym razie nie będziemy w stanie dostarczyć odpowiedniej ilości ciepła do tego pomieszczenia.

Projekt i straty ciepła z pomieszczeń

Optymalnym rozwiązaniem, które pozwala zarówno ograniczyć nakłady na inwestycję oraz koszty jej późniejszego użytkowania jest zlecenie opracowania projektu instalacji podłogowej. Pierwszy krok to obliczanie strat ciepła z poszczególnych pomieszczeń. Ogrzewanie ma dostarczać taką ilość ciepła, jaka odpływa z danego wnętrza
przez ściany, dach czy jest niezbędna do podgrzania napływającego powietrza wentylacyjnego. Najwyższe straty ciepła występują z reguły w pokojach narożnych, z dużą powierzchnią ścian zewnętrznych czy dachu. Wysokie straty ciepła występują również tam, gdzie wymagana jest podwyższona temperatura, np. w łazience, o ile ma ona ściany zewnętrzne czy też znajduje się na poddaszu.
Po zakończeniu tego etapu obliczeń projektant dysponuje tabelą pomieszczeń. Znajdują się w niej informacje na temat strat ciepła każdego z nich.

Ustalenie zabudowy pomieszczeń i rodzaju wykończenia podłogi

Aby zapewniona została oczekiwana przez nas temperatura wewnątrz domu, musimy ustalić z firmą projektową, gdzie planujemy umieścić ciężkie meble i stałą zabudowę, np. duże szafy czy ciąg stojących szafek kuchennych. Taka informacja pozwoli projektantowi ocenić, jakie muszą być parametry instalacji na pozostałej, wolnej powierzchni podłogi, aby ogrzać dane pomieszczenia. Część inwestorów od razu rezygnuje z ułożenia ogrzewania podłogowego np. pod szafami, gdyż pozwala to zmniejszyć wydatki na zakup rur i osprzętu. Inni dążąc do uzyskania wyższej swobody w ustawieniu mebli i możliwości ich zmiany w późniejszym okresie, decydują się montaż rur na całej płaszczyźnie podłogi. Wiele kontrowersji budzi umieszczenie instalacji w łazience pod ceramicznym brodzikiem.

Część fachowców odradza stosowania ogrzewania podłogowego w tym miejscu, ze względu na ryzyko bardziej intensywnego odparowywania wody z syfonu instalacji kanalizacyjnej, a w efekcie tego dostania się do pomieszczenia brzydkich zapachów. W praktyce, w trakcie normalnej eksploatacji nie dochodzi do szybkiego wyparowania wody z syfonu. Może zdarzyć się to w zasadzie tylko zimą, w czasie dłuższej nieobecności użytkowników (np. podczas wyjazdu na ferie). Zależy to jednak również od temperatury i wilgotności powietrza w tym pomieszczeniu, a przede wszystkim od tego, jak długo nie będzie nas w domu. Zwróćmy przy tym uwagę, że nie należy stosować wodnego ogrzewania podłogowego w spiżarni (jeśli ją mamy). Tutaj z oczywistych względów powinna być niższa temperatura niż w pozostałych pomieszczeniach.

Oprócz przedstawienia planów zabudowy pomieszczeń niezbędne jest przekazanie projektantowi informacji dotyczących rodzaju wykończenia podłóg – gdzie przewidujemy posadzki ceramiczne, drewniane czy wykonane z tworzyw sztucznych. W nowym, dobrze izolowanym budynku, a więc o niskich stratach ciepła, nie musimy się obawiać kłopotów z ogrzaniem pomieszczeń. Można dostarczyć odpowiednią ilość ciepła do konkretnego pokoju również wtedy, gdy będzie w nim posadzka z drewna ułożona na podkładzie elastycznym. Wyjątkiem mogą być szczególnie wysokie pomieszczenia z oknami o dużej powierzchni. Wówczas zdarza się, że nawet instalacja umieszczona w podłodze pokrytej ceramiką nie będzie w stanie dostarczyć odpowiednio wysokiej mocy. W takiej sytuacji często uzupełnienia się ogrzewanie podłogowe niewielką instalację ścienną. Jednak, są to rzadkie przypadki z uwagi na coraz lepszą izolacyjność konstrukcji współczesnych domów, w tym również okien.

Rozstaw rur, przepływ wody i opory hydrauliczne

Projektant mając już szereg danych (o wolnej powierzchni podłogi w poszczególnych pomieszczeniach, stratach ciepła i wykończeniu podłogi) może dobrać parametry instalacji. W pierwszej kolejności określa temperaturę zasilania instalacji. Następnie dostosowuje ilość ciepła dostarczanego do poszczególnych wnętrz przez odpowiedni rozstaw rur. W pomieszczeniach, w których niezbędne jest dostarczenie dużej ilości ciepła rury układa się w niewielkiej odległo-ści, np. 10-12 cm. W tych częściach domu, w których nie jest konieczne przekazywanie dużej ilości ciepła (garaż, kotłownia) rury rozmieszcza się, np. co 15-20 cm. Na rzutach poszczególnych pomieszczeń projektant podaje rozstaw rur oraz długość poszczególnych pętli. Ostatecznie, na podstawie wymaganej mocy dla poszczególnych pętli oraz projektowanej temperatury zasilania i powrotu wody w instalacji, projektant oblicza wymagany przepływ dla każdej z pętli. Przepływ wody wiąże się również z określonymi oporami hydraulicznymi, stąd w tabeli wprowadzane są również opory przepływu wody przez każdą z pętli. Z uwagi na to, że rury są łączone równolegle to najwyższa z tych wartości będzie na późniejszym etapie uwzględniana w procesie doboru wielkości pompy obiegowej.

Moc urządzenia grzewczego

Podana w projekcie budynku suma strat ciepła z poszczególnych pomieszczeń stanowi podstawę do doboru mocy pompy ciepła lub kotła gazowego, olejowego czy też opalanego peletem. W przypadku kotła wybiera się urządzenie o mocy nieco wyższej od wartości strat ciepła. Natomiast pompa ciepła typu powietrze- woda jest urządzeniem, którego moc zmienia się w zależności od temperatury zewnętrznej. Przykładowo dla temperatury +7oC może wynosić nawet 10 kW, ale już dla -7oC jest to 7 kW. W związku z tym projektant nie posługuje się mocą urządzenia w określonym punkcie. Porównuje wykres strat ciepła budynku w zależności od temperatury zewnętrznej z przebiegiem mocy różnych modeli pomp ciepła z danego typoszeregu. Wybiera taką, która pracować do oczekiwanej temperatury zewnętrznej, np. –7oC. Wartość temperatury, do której pompa ciepła ma pracować samodzielnie wybiera się w zależności od regionu.

Przykładowo w północno- zachodniej części Polski można zdecydować się na pompę ciepła, która będzie w stanie pracować samodzielnie do –2 czy –5oC. Za to tego samego typu budynek znajdujący się w okolic Suwałk, musimy już zasilić pompą ciepła o wyższej mocy, a więc pracującej do znacznie niższej temperatury zewnętrznej, np. –12oC. Czym jest to spowodowane? Oczywiście chęcią ograniczenia ilości energii elektrycznej, jaką w trakcie mrozów trzeba dostarczyć do instalacji za pomocą szczytowego źródła ciepła, np. grzałki. W przypadku gruntowej pompy ciepła projektant wybiera urządzenia o mocy zbliżonej lub nieco niższej od strat ciepła budynku. W czasie występowania skrajnie niskiej temperatury pompę ciepła może wspomóc również grzałka.

Montaż ogrzewania podłogowego

W projekcie instalacji ustalana jest również lokalizacja tzw. rozdzielaczy, do których doprowadza się rury instalacji podłogowej. W miejscach przejścia rur przez otwory drzwiowe planuje się ułożenie rur w osłonach oraz odpowiednich dylatacji czyli arkuszy pianki poliuretanowej zamocowanych pionowo pomiędzy dwoma częściami wylewki podłogowej. Pozwala to uniknąć późniejszego pękania wylewki i ewentualnej okładziny ceramicznej oraz odkształcenia rur. Dylatacje stosuje się również w pomieszczeniach o dużej powierzchni, powyżej 40 m2 lub, gdy stosunek długości ścian pomieszczenia przekracza 2:1. Zastosowania dużej liczby dylatacji w budynku można uniknąć, jeśli planujemy wykonanie wylewki anhydrytowej, a nie cementowej. Zawsze jednak niezbędne jest ułożenie tzw. taśmy brzegowej czyli pianki poliuretanowej o grubości co najmniej 8 mm wzdłuż ścian. W przeciwnym razie rozgrzewająca się i rozszerzającą się podłoga będzie napierała na ściany w pomieszczeniu, a w efekcie wystąpią pęknięcia. Przebieg prac podczas układania instalacji.

Po uporządkowaniu pomieszczeń wykonawca instalacji wodnego ogrzewania podłogowego układa na podkładzie betonowym najpierw izolację przeciwwilgociową, a potem rozkłada arkusze izolacji termicznej. Na parterze niezbędne jest zastosowanie izolacji o znacznej grubości, rzędu co najmniej 15-20 cm w celu odizolowania ogrzewania podłogowego od otoczenia i ograniczenia strat ciepła do gruntu. Po ułożeniu właściwej warstwy izolacji termicznej przychodzi czas na rozłożenie płyt izolacyjnych o mniejszej grubości, np. 25-30 mm, na których będą układane rury instalacji podłogowej. W zależności od systemu rury będą wciskane pomiędzy wypusty systemowej płyty montażowej lub mocowane klipsami do warstwy izolacji za pomocą tzw. tackera. Najczęściej rury są układane spiralnie lub meandrycznie.

Pierwsza metoda wymaga nieco więcej wprawy. Za to temperatura na powierzchni wylewki będzie wyrównana. W układzie meandrycznym w naturalny sposób występuje różnica między tempera-turą podłogi wokół początkowego a końcowego odcinka rur. Za to układ meandryczny ułatwia prowadzenie prac. Nie ma potrzeby precyzyjnego planowania przebiegu poszczególnych odcinków rur.

Końcówki układanych pętli podłącza się do tzw. rozdzielcza, czyli zestawu dwóch kolektorów zbiorczych. Rozdzielacz jest z reguły wyposażony w zawory umożliwiające późniejsze odłączanie poszczególnych pętli (przydatne w trakcie napełniania i odpowietrzania instalacji) oraz tzw. rotametry, czyli prostej konstrukcji wskaźniki przepływu wody przez poszczególne pętle. Dodatkowo jeden z kolektorów rozdzielacza jest zwykle wyposażony w zawory regulacyjne, które można wyposażyć w głowice. Po podłączeniu rur i zakończeniu montażu instalacji dokonuje się próby jej szczelności. Najpierw za pomocą powietrza, ponieważ unikamy w ten sposób potrzeby późniejszego opróżniania instalacji, gdy wystąpią nieszczelności. Ewentualne wycieki lokalizuje się za pomocą piany testowej. Następnie przychodzi czas na próbę wodną. Jeśli jej wynik będzie zadawalający, czyli nie będzie żadnych wycieków, można przystępować do odpowietrzenia każdej z pętli i wykonania wylewki podłogowej.

Po zakończeniu głównej fazy procesu wiązania jastrychu, czyli po co najmniej 21 dniach dla wylewki cementowej i po co najmniej 7 dniach dla wylewki anhydrytowej możliwe jest przystąpienie do wygrzewania i suszenia podłogi. Jest to niezbędne, gdy w krótkiej perspektywie planujemy dokonać montażu wierzchniej warstwy podłogi, w szczególności, gdy chcemy zastosować posadzkę drewnianą. Proces suszenia trwa zazwyczaj około 29 dni, ale zawsze niezbędna jest konsultacja z dostawcą materiałów wykończeniowych na podłogę. Możliwe są różne wymagania ze strony poszczególnych dostawców materiałów.

W trakcie procesu suszenia początkowo temperatura wody rośnie, np. do 40-45oC. Następnie temperatura jest redukowana, występuje też krótka przerwa w ogrzewaniu wylewki. Potem znowu podnosi się temperaturę wody w instalacji. Po zakończeniu suszenia podłogi, czy też tzw. suszenia jastrychu, wykonawca mierzy poziom wilgotności wylewki. 

Aby ograniczyć koszt związany z suszeniem jastrychu, najlepiej to zrobić pod koniec sezonu grzewczego lub poza sezonem, ale gdy dom jest już w pełni zaizolowany. Dzięki temu różnica między temperaturą w pomieszczeniach, a tą na zewnętrz będzie najniższa. Oznacza to niższe straty ciepła w domu, a w efekcie niższe zużycie energii.

Jaką wylewkę wybrać - anhydrytową czy cementową?

Aby podjąć najlepszą decyzję należy wziąć pod uwagę cechy obu tych rozwiązań. Wylewka cementowa jest grubsza, ma wyższą pojemność wodną. Dlatego można ją wykorzystać w roli magazynu ciepła, np. w celu zminimalizowania czasu pracy pompy ciepła w godzinach występowania dość niskiej temperatury lub wysokiej ceny energii. Zwróćmy także uwagę, że bezwładność termiczna tej wylewki utrudnia korzystanie z termostatów pokojowych czy też różnicowania temperatury w pomieszczeniach w różnych częściach doby. Z kolei wylewka anhydrytowa pozwala zredukować liczbę dylatacji. Ponadto jest łatwiejsza do wypoziomowania, a dzięki niższej pojemności cieplnej i bezwładności szybciej reaguje na działanie termostatów pokojowych. Zaletą jest też krótszy czas wiązania tych jastrychów. Niestety nie można ich stosować w pomieszczeniach wilgotnych. Cieńsza warstwa i nieco niższa pojemność cieplna ograniczają możliwości wykorzystania konstrukcji podłogi w roli magazynu ciepła.

Czy wylewkę można osuszać z wykorzystaniem pompy ciepła?

Odpowiedź brzmi – tak. W przypadku pompy ciepła typu powietrze- woda jest to możliwe, o ile na zewnątrz nie występuje szczególnie niska temperatura. Drugim warunkiem jaki należy spełnić jest rozgrzanie wody w instalacji grzewczej do minimalnej temperatury pracy pompy ciepła. Może to być, np. co najmniej 20-25oC. Poniżej tej wartości niezbędna jest praca grzałki w celu rozgrzania instalacji. Trzeci warunek to finalne zaizolowanie budynku. Pamiętajmy bowiem, że moc pompy ciepła dobiera się stosowanie do ostatecznej wartości strat ciepła zaizolowanego i osuszonego budynku.

Zasilanie ogrzewania w budynku przed montażem izolacji termicznej jest niedopuszczalne, ponieważ oznacza ryzyko nadmiernego spadku temperatury wody w instalacji i awaryjnego wyłączenia się pompy ciepła. Taka praca oznaczałaby też kilkukrotnie wyższe zużycie energii. Natomiast, gdy mamy gruntową pompę ciepła fachowcy odradzają suszenie budynku za jej pomocą. Oznacza to bowiem o wiele bardziej intensywny pobór energii z otoczenia, co przełoży się na szybki spadek temperatury gruntu. Przyczyni się to w efekcie do spadku efektywności instalacji. Okolicznością sprzyjającą suszeniu jastrychu za pomocą gruntowej pompy ciepła może być wykonywanie tego procesu pod koniec sezonu grzewczego lub latem. W takiej sytuacji praca pompy ciepła będzie możliwa pod warunkiem, że temperatura wody w instalacji nie jest zbyt niska.

Sterowanie pracą instalacji

Najkorzystniejszym rozwiązaniem w przypadku regulacji pracy instalacji podłogowej jest zastosowanie sterownika pogodowego. Ważnym elementem systemu jest czujnik temperatury zewnętrznej umieszczany na północnej ścianie budynku. Czujnik ten rejestruje zmiany temperatury zewnętrznej. Spadek temperatury zewnętrznej oznacza wzrost strat ciepła do otocznia oraz potrzebę dostarczenia odpowiedniej ilości energii do wnętrza budynku. Sterownik pogodowy cały czas reguluje ilość ciepła dostarczanego do instalacji przez regulację temperatury wody stosownie do aktualnych zmian temperatury zewnętrznej. Im chłodniej na zewnątrz, tym wyższa temperatura zasilania instalacji podłogowej. Z reguł jednak, w dobrze izolowanych domach, w trakcie mrozów temperatura zasilania instalacji podłogowej nie przekracza 35-40oC, ale zależy to również od zaprojektowanego rozstawu rur w instalacji podłogowej. Zaletą regulacji pogodowej jest to, że utrzymuje najniższą temperaturę wody, która pozwoli na ogrzanie domu. Przekłada się to możliwość uzyskania szczególnie wysokiej efektywności pompy ciepła czy kotła kondensacyjnego.

Uwaga! W wielu domach jednorodzinnych stosuje się również dodatkowe elementy systemu regulacji, czyli termostaty w poszczególnych pokojach. Ich zadaniem jest zredukowanie lub zamknięcie przepływu wody przez poszczególne pętle, gdy oczekiwana temperatura w pomieszczeniu została osiągnięta. Termostaty pokojowe są szczególnie przydatne w pomieszczeniach nasłonecznionych lub w tych, w których okresowo chcemy utrzymywać nieco obniżoną wartość temperatury.

Eksploatacja i konserwacja instalacji

W zależności od rodzaju źródła ciepła oraz naszych potrzeb instalacja wodnego ogrzewania podłogowego może dążyć do utrzymywania stałej temperatury wewnętrznej lub też wykorzystywać ciężar i objętość wylewki w roli magazynu ciepła. Jest to szczególnie popularne rozwiązanie wśród posiadaczy pomp ciepła i instalacji fotowoltaicznej. Poprzez odpowiednie programowanie oczekiwanej temperatury w budynku możemy zintensyfikować pracę pompy ciepłą w ciągu dnia, gdy możemy pozyskiwać energię z instalacji fotowoltaicznej lub, gdy występuje wyższa temperatura zewnętrzna. Część sterownika pozwala wprowadzić nawet kilkanaście różnych wartości wymaganej temperatury w budynku dla poszczególnych godzin.

Wykorzystując ten mechanizm możem w łatwy sposób zredukować czas pracy pompy ciepła w niekorzystnych warunkach lub gdy występuje szczególnie wysoka cena energii elektrycznej. Przy okazji przeglądu kotłowni czy instalacji z pompą ciepła zawsze warto dokonywać również kontroli pracy instalacji podłogowej. Warto sprawdzić przepływy wody w instalacji oraz zawartość inhibitorów korozji, jeśli takie zostały zastosowane. W razie potrzeby niezbędne jest uzupełnienie preparatu w celu ochrony instalacji.