Wodne ogrzewanie podłogowe - jak działa, co je wyróżnia?

Stosowany najczęściej rodzaj ogrzewania podłogowego charakteryzuje bardzo prosta budowa. Najpierw izolację cieplną ze styropianu przykrywa się folią budowlaną. Następnie układa się pętle z rur, mocując je przy tym plastikowymi klipsami do podłoża. Potem rury pokrywa się wylewką podłogową, czyli jastrychem cementowym lub anhydrytowym. Związana i wysezonowana wylewka stanowi mocne i stabilne podłoże dla właściwie dowolnego rodzaju posadzki.

Najbardziej charakterystyczną cechą takiej podłogi jest znaczna grubość i duża masa wylewki. W przypadku typowych jastrychów, ich grubość wynosi przynajmniej 6 cm, z czego nieco ponad 4 cm znajduje się ponad rurami (ich najpopularniejsza średnica to 16 mm). W efekcie 1 m2 takiego jastrychu waży przynajmniej 120 kg, zaś w niewielkim pokoju o powierzchni 10 m2 jest to już 1200 kg, czyli tyle co samochód. Wiedząc o tym, łatwo zrozumiemy, dlaczego w wielu starych remontowanych domach nie można tego rodzaju podłogi wykonać na stropach. Zresztą i w nowych konieczna jest zgoda konstruktora.

Lekkie systemy podłogowe

Szczególnym przypadkiem są podłogi o lekkiej konstrukcji. Składają się ze specjalnych płyt styropianowych z wyfrezowanymi zagłębieniami do ułożenia rur oraz tzw. suchego jastrychu, czyli dość lekkich płyt cementowo-włóknowych, gipsowo-włóknowych itp.

Przeznaczone są one głównie do domów remontowanych, ewentualnie drewnianych, których stropów nie można obciążyć klasyczną ciężką podłogówką. W porównaniu z typową podłogą grzewczą są kilkakrotnie lżejsze, wyraźnie cieńsze, a ponadto ich wykonanie nie wymaga prowadzenia tzw. prac mokrych. Płyty suchego jastrychu przeważnie układa się dwuwarstwowo (z przesunięciem spoin), na połączeniach mocując je za pomocą wkrętów i kleju. W efekcie zwykle już po upływie doby można po takiej podłodze chodzić i przystąpić do jej wykończenia płytkami ceramicznymi, panelami, cienką wykładziną.

Takich lekkich podłóg właściwie nie dotyczy znaczna część informacji zawartych w dalszej części tekstu. Bowiem ze względu na niewielką masę, dość szybko nagrzewają się one i stygną. To zbliża ich dynamikę działania raczej do grzejników ściennych, niż klasycznej podłogówki.

Lekkie warianty podłogówki, z izolacyjnymi płytami systemowymi oraz suchym jastrychem, charakteryzuje dynamika działania zbliżona do grzejników. (fot. Fermacell)

Akumulacja i bezwładność cieplna

Duża masa typowej wylewki podłogowej oznacza nie tylko spore obciążenie stropu. W zasadniczy sposób wpływa na sposób pracy tego rodzaju ogrzewania. Taka podłoga nagrzewa się powoli, zaś po wyłączeniu ogrzewania, czyli odcięciu dopływu ciepłej wody, równie długo stygnie. Samo w sobie nie jest to ani zaletą, ani wadą. Po prostu trzeba o tym pamiętać przy projektowaniu systemu grzewczego, tak aby wykorzystać zalety tego rozwiązania, zminimalizować natomiast jego niedostatki.

Taka podłoga jest świetnym akumulatorem ciepła. Niekiedy wylewka jest nawet celowo pogrubiana, żeby zwiększyć masę akumulacyjną. Koszt ułożenia nieco grubszej warstwy jastrychu (np. 10 zamiast 6,5 cm) nie jest wysoki. Akumulacja jest szczególnie pożądana, jeżeli nasze źródło ciepła nie pracuje w sposób ciągły. Tak jest np. w przypadku kominków z płaszczem wodnym, kotłów zasypowych na paliwa stałe, kotłów elektrycznych wykorzystujących tańszy prąd w taryfie nocnej. Niekiedy w ten sposób użytkowane są także pompy ciepła.

Jeżeli ilość akumulowanego ciepła jest wystarczająco duża, zaś jego straty z budynku na rozsądnym poziomie, to warunki panujące we wnętrzach są w pełni komfortowe. Po prostu nie odczuwamy żadnej różnicy, niezależnie od tego, czy źródło ciepła działa w danym momencie, czy jest wyłączone. W okresach przejściowych, czyli wiosną i jesienią, gdy zapotrzebowanie na ciepło jest stosunkowo niskie, wystarczające może być nawet uruchamianie ogrzewania zaledwie raz na dwa lub trzy dni.

Akumulatorem ciepła nie są same rurki z wodą, lecz wylewka podłogowa o dużej masie. (fot. RWC)

Utrudnione sterowanie

Duża zdolność do akumulacji ciepła ma także negatywny aspekt. Mianowicie możemy zapomnieć o dynamicznym sterowaniu temperaturą w pomieszczeniach. Takie rzeczy, jak nocne obniżenie temperatury - tu nie działają. Po prostu, nawet jeżeli odetniemy całkowicie dopływ ciepłej wody, to temperatura przez noc spadnie np. o 1°C. Efektu wyłączenia ogrzewania na kilka godzin, gdy domownicy wychodzą do pracy i szkoły, też prawie nie odczujemy.

Oczywiście, w znacznym stopniu dotyczy to wszystkich dobrze izolowanych cieplnie budynków. W nich straty ciepła są bardzo małe, a w naszym kraju zdecydowanie dominują domy murowane, a więc o ciężkiej, masywnej konstrukcji, która w znacznym stopniu akumuluje ciepło. Jednak w przypadku ogrzewania podłogowego ta bezwładność cieplna jest szczególnie wyraźna.

Wszystko dlatego, że typowy grzejnik ścienny nagrzewa się lub stygnie w ciągu maksymalnie kilkunastu minut. Efekty jego włączenia będą więc odczuwane szybko, tym bardziej, że często kaloryfery mają tak naprawdę wyższą moc, niż wynosi faktyczne zapotrzebowanie na ciepło. Po ich wyłączeniu spadek temperatury o więcej niż 1-2°C następuje już wyraźnie wolniej, gdyż ciepło oddają do wnętrza elementy konstrukcyjne - ściany, stropy itd.

Jednak w przypadku typowego ogrzewania podłogowego, w ciągu kilkunastu minut od jego włączenia lub wyłączenia, nie odczujemy żadnej zmiany temperatury. Bowiem jeżeli podłoga była podgrzana i jej powierzchnia miała np. 26°C, to jej temperatura odczuwalnie zmieni się dopiero po kilku godzinach, od momentu odcięcia dopływu ciepłej wody. Przy tym długość tego okresu może być bardzo różna. Uzależniona jest bowiem nie tylko od temperatury i masy samej wylewki podłogowej, ale również od izolacyjności budynku, temperatury panującej w pomieszczeniu oraz temperatury zewnętrznej.

Dobre sterowanie to konieczny element systemu grzewczego. Zapewnia nie tylko wygodę, ale i realne oszczędności. (fot. Viessmann)

Osobne sterowanie pętlami

Nawet w tym samym domu szybkość reakcji ogrzewania podłogowego będzie się zmieniać, w zależności od temperatury zewnętrznej. Jednak pamiętajmy, że zawsze będzie to reakcja powolna. Z tych wszystkich względów trzeba bardzo ostrożnie podchodzić do pomysłów polegających na komplikowaniu sterowania ogrzewaniem podłogowym. Od pewnego czasu widać dążenie do osobnego sterowania poszczególnymi pętlami. W tym celu zakłada się na nich elektrozawory sterowane sygnałami z czujników temperatury. I to nawet wówczas, gdy są to pętle ułożone w salonie, kuchni i holu, gdy te pomieszczenia są ze sobą połączone.

Trzeba powiedzieć wprost, że w takiej sytuacji efekt sterowania każdą pętlą osobno będzie praktycznie nieodczuwalny. Nie chodzi tylko o to, że gdy pomieszczenia nie są od siebie odseparowane, temperatura w nich w naturalny sposób dąży do wyrównania. Z samej specyfiki podłogówki wynika, że jest ona mało podatna na dynamiczne sterowanie. Po prostu nawet całkowite odcięcie dopływu ciepłej wody do pętli wcale nie oznacza, że podłoga przestaje grzać. Ona będzie oddawać ciepło jeszcze przez całe godziny. Przy tym przez długi czas praktycznie tak samo intensywnie, jak przed odcięciem dopływu wody. Dlatego w większości przypadków osobne sterowanie każdą z pętli jest po prostu nieskuteczne, a za to znacznie podnosi cenę instalacji. W zupełności wystarcza za to podział na większe strefy grzewcze o rzeczywiście zróżnicowanej temperaturze, np. parter oraz piętro.

Z mieszaczem

Dość często ogrzewanie podłogowe nie jest zasilane gorącą wodą wprost z kotła, lecz za pośrednictwem układu mieszającego z zaworem 3- lub 4-drożnym. Wszystko dlatego, że podłogi o typowej konstrukcji nie można zasilać nazbyt gorącą wodą. Natomiast wodę o wysokiej temperaturze z założenia dają wszystkie kotły na paliwa oraz kominki z płaszczem wodnym. Natomiast w przypadku innych kotłów, obniżenie temperatury części przygotowywanej wody jest niezbędne, jeżeli mamy instalację mieszaną - z grzejnikami i podłogówką. Wówczas kocioł przygotowuje wyłącznie dość gorącą wodę, odpowiednią do zasilania grzejników. Jednak część z niej jest mieszana z już ochłodzoną wodą powracającą z instalacji podłogowej. W efekcie do zasilania podłogówki otrzymujemy wodę o temperaturze pośredniej. Może ona mieć np. 40°C, podczas gdy kocioł ma na zasilaniu 70°C lub więcej.

Na szczęście, takie układy mieszające to rzecz powszechnie stosowana już od lat i z ich wykonaniem powinien sobie poradzić każdy sprawny instalator. Działają one bardzo dobrze, o ile tylko są skonfigurowane prawidłowo. Trzeba bowiem uwzględnić np. fakt, że podłogówka wymaga znacznie większego przepływu wody, niż grzejniki o porównywalnej mocy cieplnej.

Trzeba tu jednak przestrzec, że o ile układy mieszające dobrze sprawdzają się w systemach c.o. z kotłami, to raczej nie powinno się ich używać w instalacjach zasilanych przez pompy ciepła. Bowiem w ich przypadku wymuszenie podgrzewania wody do wysokiej temperatury, a następnie niejako sztuczne jej obniżenie w mieszaczu, fatalnie odbija się na sprawności urządzenia. Pompa ciepła pracuje bowiem tym bardziej ekonomicznie, im niższa jest temperatura przygotowywanej przez nią wody.

Temperatura wody

Umowną górną granicą temperatury wody zasilającej podłogówkę jest 55°C. Nadmierne rozgrzanie podłogi mogłoby bowiem ją uszkodzić, a chodzenie po nazbyt ciepłej posadzce jest nie tylko niekomfortowe, ale nawet potencjalnie szkodliwe dla zdrowia.

Jednak maksimum to nie to samo co temperatura rzeczywiście zalecana. W przypadku pomp ciepła oraz kotłów kondensacyjnych temperatura wody powinna być najniższą możliwą, przy której jesteśmy w stanie utrzymać komfort cieplny we wnętrzach. Wówczas te urządzenia pracują z najwyższą sprawnością, a więc najbardziej ekonomicznie. Wtedy pompa ciepła osiąga najwyższy współczynnik COP, zaś kocioł najpełniej wykorzystuje efekt kondensacji.

Przy czym trzeba podkreślić, że w przypadku pompy różnica kosztów eksploatacji jest znacznie bardziej odczuwalna. Z kolei kotły kondensacyjne mogą dobrze działać przy bardzo różnej temperaturze wody w obiegu. Dla ogrzewania podłogowego typowe parametry to 40/30°C (zasilanie/powrót), ale w razie potrzeby ten sam kocioł może bez istotnego spadku sprawności dawać nawet 55°C na zasilaniu.

Ponadto działanie z jak najniższą możliwą temperaturą wody w obu przypadkach oznacza pracę w największym stopniu w sposób ciągły, bez częstego włączania się i wyłączania. To zaś jest najkorzystniejsze nie tylko ze względu na sprawność, ale również trwałość urządzeń. Najlepiej, gdy o utrzymanie niskiej, ale zapewniającej komfort, temperatury wody w obiegu dba automatyka.

Modulacja mocy

Przez większość sezonu grzewczego maksymalna moc kotła lub pompy ciepła wcale nie jest nam potrzebna. Dobiera się ją bowiem wyznaczając maksymalne zapotrzebowanie budynku na ciepło, a to występuje przy ok. -20°C na zewnątrz. W efekcie przez ponad 95% sezonu grzewczego wymagana moc urządzeń grzewczych jest niższa od maksymalnej. Zdolność do jej obniżania tak, aby dopasować moc kotła lub pompy ciepła do chwilowego faktycznego zapotrzebowania nazywa się modulacją mocy.

Zwykle jej duży zakres uznaje się za zaletę. Jednak tak naprawdę nie zawsze jest ona konieczna. Jest ona tym bardziej potrzebna, im mniejszą zdolność do akumulacji ciepła oraz mniejszą bezwładność cieplną (względnie szybko nagrzewa się i stygnie) wykazuje instalacja grzewcza. Takie akurat cechy mają przede wszystkim układy z grzejnikami ściennymi oraz lekkie systemy ogrzewania podłogowego. Natomiast klasyczna podłogówka, z grubą i ciężką wylewką, z natury rzeczy jest potężnym akumulatorem ciepła. Z tego względu może zupełnie dobrze działać nawet w połączeniu ze źródłem ciepła, które ma tylko niewielki zakres modulacji mocy lub nie ma jej w ogóle. A właśnie tak działają np. niektóre pompy ciepła. W połączeniu z grzejnikami byłyby fatalne, zaś wraz z podłogówką działają dobrze. Ciepła podłoga pełni bowiem rolę swoistego bufora energii cieplnej, przejmując jej chwilowe nadmiary względem faktycznego zapotrzebowania.

Czy jednak duży zakres modulacji mocy jest w przypadku podłogówki problemem? Absolutnie nie. Niektóre kotły gazowe mają dolny zakres modulacji na poziomie kilkunastu procent mocy maksymalnej. W pewnym stopniu przydaje się to nawet, gdy zasilają typową podłogówkę. Skoro maksymalna moc grzewcza potrzebna jest dopiero przy temperaturze zewnętrznej ok. -20°C, to gdy na dworze jest 0°C, wystarcza już tylko 50% mocy maksymalnej, zaś przy +10°C zaledwie 25%. W praktyce trzeba zaś uwzględnić jeszcze fakt, że kotły gazowe mają bardzo często moc o wiele wyższą, niż niezbędna do zrównoważenia strat ciepła w pomieszczeniach. Szczególnie widać to w przypadku kotłów dwufunkcyjnych. Wówczas nawet, jeżeli maksymalna moc na potrzeby c.o. wynosi zaledwie 8 kW to i tak zakłada się kocioł przynajmniej 21 kW, żeby uzyskać rozsądnej wielkości strumień c.w.u. Wówczas bardzo szeroki zakres modulacji naprawdę się przydaje.

Kotły dwufunkcyjne mają wysoką moc, chociaż są małe i lekkie. W ich przypadku duży zakres modulacji mocy przydaje się najbardziej. (fot. De Dietrich)

Termostat pokojowy lub automatyka pogodowa

Czujnik temperatury wewnątrz domu wysyła do kotła lub pompy ciepła informację czy temperatura w miejscu pomiaru odpowiada nastawionej. Mamy tu więc prostą, bezpośrednią zależność - automatyka zarządza włączenie, wyłączenie, ewentualnie zmianę intensywności ogrzewania.

Natomiast automatyka pogodowa mierzy temperaturę zewnętrzną i na podstawie zaprogramowanej zależności, tzw. krzywej grzewczej, zmienia temperaturę wody w obiegu c.o., tak aby ogrzewanie było w stanie zapewnić komfort cieplny we wnętrzach. Oczywiście, sama krzywa grzewcza musi być odpowiednio dobrana do specyfiki konkretnego budynku - w jednym przy -10°C na zewnątrz może wystarczać utrzymanie temperatury wody 40°C na zasilaniu, w drugim zaś potrzebne będzie 55°C. Zależy to nie tylko od wielkości strat ciepła, ale i budowy samej instalacji grzewczej.

Nie ma jednoznacznej odpowiedzi na pytanie, czy lepsza jest automatyka pokojowa, czy pogodowa. Generalnie, w przypadku bardzo wolno reagującego na zmiany ogrzewania podłogowego bardziej polecana jest automatyka pogodowa. Może ona bowiem z pewnym wyprzedzeniem zaordynować zmianę intensywności ogrzewania - gdy zmiana warunków odczuwalna jest już na zewnątrz, ale jeszcze nie w samym domu.

Jednak prawidłowo skonfigurowane układy sterowania wykorzystujące termostaty pokojowe również sprawdzają się w praktyce. Niektórzy producenci oferują zaś automatykę, która wykorzystuje do sterowania ogrzewaniem równocześnie informacje z obu źródeł równocześnie - czujnika wewnętrznego i zewnętrznego.

Redaktor: Jarosław Antkiewicz
fot. otwierająca: Pipelife