Ogrzewanie podłogowe i grzejniki z pompą ciepła, czyli sztuka kompromisu
Ogrzewanie podłogowe i grzejniki z pompą ciepła, czyli sztuka kompromisu
Pompa ciepła i ogrzewanie podłogowe to w domach energooszczędnych bardzo popularne zestawienie, niemal standard w tych nowo budowanych. Skąd się to bierze i czy istnieje jakaś rozsądna alternatywa? Ponadto co różni ogrzewanie podłogowe zasilane przez pompę i kocioł?
Ostatnie 10 lat to czas ogromnego wzrostu popularności pomp ciepła w polskich domach jednorodzinnych. Za to ogrzewanie podłogowe zaczęło upowszechniać się wcześniej - już około 20 lat temu. Nic więc dziwnego, że te dwa systemy po prostu musiały się spotkać. I bardzo dobrze, bo pod pewnymi warunkami mogą tworzyć wyjątkowo zgrany duet, gwarantujący nie tylko komfort cieplny we wnętrzach, ale i niskie koszty codziennej eksploatacji. Nie znaczy to jednak, że pompy ciepła są w stanie działać dobrze tylko w połączeniu z podłogówką!
Układ z odpowiednimi grzejnikami też może być dobry, chociaż trzeba uczciwie przyznać, że najłatwiej osiągnąć satysfakcjonujące efekty właśnie w połączeniu z ogrzewaniem podłogowym i słusznie traktuje się je jako pierwszy wybór w domach, które ma ogrzewać pompa ciepła. Nie wolno też zapominać, że podłogówka występuje tak naprawdę w wielu wariantach. Nie każdy z nich będzie równie zalecany w przypadku pomp ciepła, choćby świetnie sprawdzał się w układzie z kotłem. Warto więc wiedzieć, jak osiągnąć idealne dopasowanie w układzie podłogówka-pompa ciepła.
Zwykle niskotemperaturowe
Pompy ciepła i podłogówka najczęściej tworzą tzw. ogrzewane niskotemperaturowe, czyli takie, gdzie temperatura wody w obiegu jest wyraźnie niższa, niż w układach tradycyjnych (wysokotemperaturowych). Po prostu większość pomp nie jest w stanie podgrzewać wody do więcej niż 55°C, a pożądane warunki pracy to 30-40°C. Wyjątkiem są tzw. pompy wysokotemperaturowe, dla których maksimum sięga najczęściej ok. 70°C. To urządzenia znacznie mniej popularne, prze znaczone przede wszystkim do domów remontowanych. A tam trzeba zasilać tradycyjne grzejniki, bo pompa zastępuje kocioł. Z zastrzeżeniem, że wiele takich starych instalacji projektowano, przyjmując maksymalną temperaturę wody nawet 75 do 90°C. Oczywiście, maksimum to z założenia temperatura potrzebna sporadycznie, tylko w czasie największych mrozów.
Należy jednak mieć w pamięci niską temperaturę przygotowywanej wody jako podstawową cechę pomp, bo wtedy łatwo zrozumiemy, czemu tak chętnie łączy się je z podłogówką. Otóż w systemach ogrzewania podłogowego, 55°C uznaje się za maksymalną dopuszczalną temperaturę zasilania. Natomiast standardem jest projektowanie ich przy założeniu, że woda w obiegu będzie mieć 30-40°C. To znacznie mniej, niż w przypadku znakomitej większości grzejników ściennych.
Zdecydowana większość dostępnych na rynku pomp ciepła to urządzenia niskotemperaturowe, przeznaczone do pracy w instalacjach o temperaturze wody 30-40°C. (fot. SAS)
Duża powierzchnia, niska temperatura
Najbardziej charakterystyczną cechą ogrzewania podłogowego jest niska moc cieplna w przeliczeniu na 1 m2 powierzchni podłogi. To zresztą typowe w każdym systemie ogrzewania płaszczyznowego - również sufitowego i ściennego. Właściwie jest to konsekwencja niskiej temperatury zasilania, bo oddawana do pomieszczenia moc cieplna bardzo gwałtownie maleje wraz ze spadkiem temperatury wody w obiegu. Tak naprawdę to samo zjawisko w nie mniejszym stopniu dotyczy grzejników ściennych, ale w ich przypadku trudno skutecznie temu zaradzić. Dlatego w połączeniu z niskotemperaturowymi pompami ciepła dobrze sprawdzają się tylko grzejniki o specjalnej konstrukcji (zwykle z wymuszonym wentylatorami obiegiem powietrza), albo kaloryfery znacznie większe niż standardowe. Ale w tym drugim przypadku - możliwości są ograniczone, bo raczej nie zechcemy zakładać na ścianie grzejnika o powierzchni np. 3 m2.
W przypadku podłogówki jest prościej, bo nasza oddająca ciepło płaszczyzna jest duża, z założenia to cała podłoga. Tak więc nawet jeżeli jednostkowo moc nie będzie wielka, np. 50 W/m2, to i tak w ostatecznym rachunku pomieszczenie otrzyma sporo ciepła. Na przykład całkowita moc grzewcza w pokoju o powierzchni 15 m2 wyniesie 750 W. Takie parametry uzyskamy zaś bez trudu w instalacji z pompą ciepła i w zupełności wystarczy to na potrzeby energooszczędnego domu. Dlatego właśnie w domach z pompą ciepła tak chętnie wykonuje się podłogówkę.
Temperatura wody w obiegu c.o. ustawiona na 30°C to idealne warunki dla pompy ciepła. Ale żeby to wystarczyło potrzebna jest duża powierzchnia przekazywania ciepła, którą zapewnia podłogówka. (fot. Nibe-Biawar)
Warto sobie zadać w tym momencie pytanie, czy gdybyśmy - mając pompę ciepła - zasilali typowe grzejniki ścienne wodą o temperaturze 40°C, to czy udałoby się utrzymać komfortową temperaturę w pomieszczeniach? W większości domów byłoby to możliwe tylko przez część sezonu grzewczego - jesienią i wiosną, kiedy temperatura zewnętrzna jest względnie wysoka. Natomiast w czasie większych mrozów najpewniej byśmy marzli, bo ogrzewanie byłoby już niewydolne. Piszemy przy tym o typowych domach, nie zaś takich, w których udało się naprawdę drastycznie obniżyć straty ciepła, zbliżając się do standardu pasywnego, ani też o takich, w których zastosowano ogromne grzejniki. Bo w obu tych przypadkach 40°C na zasilaniu grzejnika mogłoby wystarczyć nawet przy -20°C.
Jaka temperatura, taka moc
W jakim stopniu ilość oddawanego przez podłogę ciepła zależy od jej temperatury? Chociaż żeby być dokładnym, należałoby raczej mówić nie o samej temperaturze podłogi, lecz o różnicy temperatury (ΔT) pomiędzy podłogą i powietrzem w pomieszczeniu. Intuicyjnie chyba każdy będzie się spodziewał, że ilość oddawanego ciepła, a więc moc grzewcza podłogi, będzie spadać wraz z obniżeniem różnicy temperatury. I całkiem słusznie, należy jeszcze dodać, że ten spadek będzie gwałtowny. Zanim podamy liczby, należy jednak uprzedzić, o jak dużych różnicach, a w ostatecznym rachunku - jakiej temperaturze podłogi - w ogóle mówimy?
Przyjmuje się, że temperatura powierzchni podłogi, zgodnie z normami, nie może być wyższa niż 29°C w pokojach mieszkalnych i 33°C w łazienkach. Ponadto dopuszcza się podniesienie temperatury do 35°C w tzw. strefach brzegowych - tak nazywa się pasy podłogi o szerokości do 1 m wzdłuż ścian zewnętrznych, gdzie straty ciepła są największe. Wyjaśnijmy od razu, że wyższy limit w przypadku łazienek jest jak najbardziej uzasadniony. Przede wszystkim dlatego, że o ile w pokojach przyjmuje się docelową (komfortową) temperaturę powietrza równą 20°C, to w łazienkach wymaga się aż 24°C. Bardzo trudno byłoby to uzyskać bez podniesienia dopuszczalnej temperatury podłogi.
Ponadto w łazienkach przebywamy przez względnie krótki czas, tak więc nawet dość mocno podniesiona tam temperatura podłogi nie wpłynie negatywnie na nasze samopoczucie i zdrowie. Trzeba bowiem podkreślić, że dopuszczalne maksymalne temperatury są wysokie i należy je traktować jako w praktyce występujące jedynie sporadycznie, w czasie największych mrozów. W czasie codziennej eksploatacji temperatura podłogi nie powinna zaś przekraczać 25-26°C. Jeśli jest cieplejsza wiele osób zaczyna się uskarżać na rozmaite dolegliwości, np. obrzęki nóg, czy po prostu dyskomfort. Na szczęście, we współczesnych domach taka temperatura w zupełności wystarcza, żeby pokryć straty ciepła.
Przy założeniu, że temperatura powietrza w pomieszczeniu wynosi 20°C, moc cieplna podłogi kształtuje się następująco, w zależności od temperatury jej powierzchni:
26°C - 64 W/m2;
25°C - 52 W/m2;
24°C - 41 W/m2;
23°C - 30 W/m2;
22°C - 19 W/m2.
Różnice w oddawanej ilości ciepła są więc naprawdę duże. Warto jeszcze dodać, że podniesienie temperatury do 29°C skutkuje także dużym wzrostem mocy - do 100 W/m2. We współczesnych domach nie ma więc powodu obawiać się o wydolność ogrzewania podłogowego. Dawniej było inaczej, bo kilkadziesiąt lat temu straty ciepła sięgały nawet 150-200 W/m2. Trudno więc było je pokryć, zachowując równocześnie rozsądną temperaturę podłogi, przez co podłogówka nie mogła się upowszechnić, chociaż tak naprawdę nie jest wcale nowym pomysłem.
Łatwo przy tym zauważyć, że panująca przynajmniej od kilkunastu lat moda na energooszczędność, a także zaostrzanie w tym względzie przepisów budowlanych, bardzo przysłużyły się upowszechnieniu zarówno ogrzewania podłogowego, jak i samych pomp ciepła. Bez obniżenia zapotrzebowania budynków na ciepło nie dałoby się ich skutecznie ogrzać za pomocą niskotemperaturowego ogrzewania płaszczyznowego (najczęściej podłogowego). A z kolei bez upowszechnienia się podłogówki, najpewniej nie wzrosłoby aż tak zainteresowanie pompami ciepła - urządzeniami z założenia niskotemperaturowymi, w przypadku których efektywną i ekonomiczną pracę najłatwiej uzyskać właśnie w połączeniu z podłogówką.
Ważna posadzka
Zgodnie z prawidłową terminologią, posadzka to wierzchnia warstwa podłogi, chociaż popularnie mówi się tak na całą podłogę - wszystkie jej warstwy. Piszemy o tym, bo właśnie posadzka ma ogromny wpływ na działanie ogrzewania podłogowego. Najkrócej mówiąc, jeżeli będzie źle dobrana, to może mnóstwo zepsuć. Nasze ogrzewanie podłogowe będzie nie tylko drogie w eksploatacji, ale do tego jeszcze niewydolne w czasie większych mrozów. A wtedy zamiast siedzieć w miłym ciepełku i podziwiać śnieg za oknem, będziemy marznąc i martwić się wysokimi rachunkami. W przypadku domu z pompą ciepła te negatywne efekty będą szczególnie mocno odczuwalne, bo dla pompy ma znaczenie nawet niewielka różnica temperatury wody w obiegu, której - w przypadku zasilania przez kocioł - może nawet byśmy nie zauważyli.
Przede wszystkim żadna z warstw podłogi znajdujących się ponad elementami grzejnymi - rurami z wodą lub przewodami w wersji elektrycznej - nie powinna zbytnio utrudniać ruchu ciepła. Innymi słowy, nie może być dobrym izolatorem. Przede wszystkim dotyczy to właśnie posadzki - płytek, paneli, parkietu, wykładzin oraz podkładów pod nimi.
Wybierając materiały do wykończenia ogrzewanej podłogi, koniecznie sprawdzajmy ich opór cieplny R. (fot. Arbiton)
Najmniej utrudniają ruch ciepła płytki ceramiczne i kamienne. Najbardziej zaś - grube dywany, których na ogrzewanej podłodze nie powinno się w ogóle układać. Panele i parkiet drewniany to rozwiązania dopuszczalne, ale wymagające uwzględnienia spadku mocy cieplnej ze względu na swoje właściwości izolacyjne. Z wyraźnym zastrzeżeniem, że panele i podkłady są bardzo zróżnicowane pod tym względem.
Z kolei drewniany parkiet na ogrzewanej podłodze nie tylko ogranicza ruch ciepła, ale samo jego wykonanie jest nie lada wyzwaniem dla wykonawcy. Przy ogrzewaniu podłogowym, podłoże podlega większym ruchom termicznym niż typowe, a deszczułki są bardziej narażone na nadmierne wysychanie pod wpływem ciepła.
Stopień, w jakim posadzka utrudnia oddawanie ciepła określa jej opór cieplny R. Zalecana wartość nie powinna przekraczać 0,15 m2·K/W.
Dla typowych materiałów posadzkowych R wynosi:
0,02 m2·K/W - płytki ceramiczne grubości 10 mm na zaprawie klejowej;
0,06 m2·K/W - parkiet 12 mm;
0,12 m2·K/W - parkiet 24 mm;
0,15 m2·K/W - dywan lub wykładzina dywanowa 15 mm.
Niezależnie od rodzaju ogrzewania podłogowego, najbezpieczniejszy sposób wykończenia to ułożenie płytek. One niemal nie hamują przekazywania ciepła. (fot. Ensto)
Jednak przede wszystkim musimy sprawdzić, czy producent danego materiału w ogóle dopuszcza jego ułożenie na ogrzewanej podłodze i ewentualnie jaka może być jej maksymalna temperatura. Jednak trzeba wyraźnie podkreślić, że to jedynie deklaracja, że w takich warunkach produkt będzie odpowiednio trwały i nie będzie wydzielał szkodliwych substancji. Nie znaczy zaś wcale, że nie będzie on utrudniał przepływu ciepła!
Jeśli zaś wierzchnie warstwy będą miały wyraźne właściwości izolacyjne, to te położone głębiej będą się mocniej nagrzewać, chociaż temperatura jej powierzchni pozostanie niska. A jak już wiemy, niska temperatura powierzchni podłogi to mała moc cieplna. Żeby ją podwyższyć, trzeba podnieść temperaturę wody w obiegu lub zmienić budowę samej podłogi, gęściej układając rurki.
Podniesienie temperatury odbija się zaś negatywnie na pracy pomp ciepła. W ich przypadku, nawet 5°C to dużo. Obniża się ich sprawność (współczynnik COP), czyli uzyskanie tej samej ilości ciepła kosztuje więcej. Ponadto zwykle spada również możliwa do uzyskania moc, przez co pompa może stać się niewydolna przy większych mrozach.
Jeżeli decydujemy się na pompę typu powietrze/woda, musimy zwrócić szczególną uwagę na to, jaka temperatura wody w obiegu będzie potrzebna w czasie największych mrozów. Bo właśnie w takich warunkach pompy tego rodzaju działają z największym trudem - z mniejszą sprawnością i mocą. (fot. Galmet)
Z kolei zagęszczenie rurek to coś, co trzeba przewidzieć już na etapie projektowania systemu grzewczego. Nie znaczy to, że mając pompę ciepła, jesteśmy skazani na płytki na podłodze. Po prostu, wybierając inne materiały, musimy sprawdzić ich opór cieplny i uprzedzić wykonawcę ogrzewania o chęci ich użycia. Dobry fachowiec sprawdzi, jaki będzie ich wpływ na działanie ogrzewania i czy da się w rozsądny sposób zrównoważyć zwiększony opór cieplny, zagęszczając rury i ewentualnie w umiarkowany sposób podnosząc temperaturę wody w obiegu.
Wersja specjalna
Decydując się na ogrzewanie podłogowe w domu z pompą ciepła powinniśmy zdawać sobie sprawę, że należy je wykonać nieco inaczej, niż w domu ogrzewanym przez kocioł. Nie znaczy to, że w istniejącym budynku nie da się zastąpić kotła pompą, albo że ogrzewanie zaprojektowane z myślą o użyciu kotła będzie działać jakoś szczególnie źle. Jednak z całą pewnością nie będzie działać w sposób optymalny, w pełni wykorzystując potencjał pompy ciepła.
Infografika: Ogrzewanie podłogowe z kotłem grzewczym lub z pompą ciepła
Przede wszystkim w układach z pompą ciepła zakłada się użycie wody o niższej temperaturze. Najczęściej górną granicą jest tu 40°C na zasilaniu, chociaż za pożądane uznaje się 35°C lub mniej. Tymczasem w instalacjach z kotłem projektuje się systemy o temperaturze zasilania nawet 55°C. To bardzo ważne, gdyż temperatura wody przekłada się wprost na ekonomię pracy pompy ciepła.
Z poprzednią kwestią wiąże się również to, że w przypadku pomp, dąży się do zmniejszenia różnicy temperatury pomiędzy wodą zasilającą oraz powracającą z pętli ogrzewania podłogowego. O ile w instalacjach kotłowych typowe parametry to np. 40/30°C (zasilanie/powrót), to w przypadku pomp mamy 35/30°C. Czyli zamiast 10°C jest tylko 5°C różnicy. Jaka z tego korzyść? Chodzi o podniesienie średniej temperatury wody w rurach, bo od niej ostatecznie zależy temperatura podłogi i oddawana moc cieplna. W pierwszym przypadku średnia wynosi bowiem 35°C (parametry 40/30°C), w drugim zaś 32,5°C (35/30°C). czyli średnie temperatury różnią się tylko o 2,5°C, chociaż temperaturę zasilania w drugim przypadku obniżono o całe 5°C.
Ale cały ten zabieg ma też złe strony. Skoro temperatura wody po przepłynięciu przez instalację podłogową ma spaść tylko o 5, a nie o 10°C, to znaczy, że przy tej samej długości pętli woda musi płynąć szybciej. A zwiększenie prędkości wody skutkuje wyraźnym wzrostem oporów przepływu. W takiej sytuacji bowiem opory rosną wykładniczo - 2 razy większa prędkość to 4 razy większe opory (22). Tę różnicę trzeba uwzględnić, dobierając długość i średnicę rur, przepustowość zaworów, parametry pompy obiegowej itd.
Ostatnia rzecz to sam rozstaw rur. W instalacjach z kotłem bywa on mocno zróżnicowany - od 10 do 30 cm. W przypadku pomp, preferuje się zaś spore zagęszczenie, zwykle co 10 cm. Wszystko dlatego, że dzięki temu można uzyskać wyższą temperaturę podłogi i większą moc grzewczą bez podnoszenia temperatury wody. Zresztą i w instalacjach z kotłem rury zagęszcza się w miejscach, gdzie potrzebujemy większej mocy - w strefach brzegowych, w pobliżu okien itp. Ale i w tym przypadku należy powiedzieć, że nie ma nic za darmo. Nie chodzi o sam fakt, że zużyjemy więcej rur, za które przecież zapłacimy. Więcej rur na tej samej powierzchni to dłuższe pętle, a więc i wzrost oporów przepływu. Trzeba to uwzględnić, dobierając pompę obiegową, zawory i pozostałą armaturę. Może się okazać, że zamiast robić jedną długą pętlę, lepiej podzielić ją na dwie, ewentualnie zwiększyć średnicę rur itp.
Rury i armatura, taka jak rozdzielacze, są identyczne w przypadku podłogówki zasilanej przez kocioł lub przez pompę. Ale rozstaw rur, prędkość przepływu wody i inne parametry mogą być już zupełnie inne. (fot. Herz)
Ciężkie i lekkie warianty
Najczęściej ogrzewanie podłogowe składa się z rur zatopionych w warstwie wylewki podłogowej, czyli jastrychu. Ten zaś spoczywa na warstwie izolacji cieplnej (na ogół styropianu). To wariant w sumie bardzo prosty i stosunkowo tani. Przede wszystkim dlatego, że jakiś jastrych i tak jest potrzebny. W wersji bez ogrzewania ma on zazwyczaj grubość 40-50 mm, a z ogrzewaniem tylko nieznacznie więcej 55-65 mm (przynajmniej 30-40 mm ponad rurami).
Samo zużycie materiału na wylewkę nie jest więc wyraźnie większe, a po uwzględnieniu robocizny okazuje się, że ostateczny koszt pozostaje prawie taki sam. Mówimy tu o samym jastrychu, bo za wykonanie podłogówki hydraulicy często każą sobie słono płacić. Niejednokrotnie jest to sporo więcej, niż za instalację z grzejnikami. Chociaż tak naprawdę nie ma to specjalnego uzasadnienia. Materiały nie są bowiem droższe - 100 m wielowarstwowej rury PEX-Al-PE kupimy już za ok. 300 zł, koszt rozdzielaczy czy zaworów w obu systemach (grzejniki lub podłogówka) jest zaś zbliżony. Wysoka cena wykonania podłogówki to raczej konsekwencja postrzegania jej wciąż jako rozwiązania bardziej luksusowego za które klient i tak będzie gotowy zapłacić więcej.
Typowa, opisana powyżej podłogówka z rurkami w dość grubej warstwie jastrychu, ma cechy, które uniemożliwiają jej zastosowanie w pewnych sytuacjach. Podstawowym problemem bywa duża masa. Jastrych ma gęstość ok. 2000 kg/m3. Co oznacza, że nawet bardzo cienka (jak na ogrzewanie podłogowe) wylewka o grubości 5 cm waży mniej więcej 100 kg/m2. Nie jest to problemem w przypadku podłóg na gruncie, ale na stropie nie zawsze można sobie pozwolić na ułożenie tak ciężkiej warstwy. W szczególności dotyczy to budynków modernizowanych, choćby z poddaszem adaptowanym na mieszkalne. W takich domach, problemem może być też sama grubość podłogi z dodanym ogrzewaniem. Załóżmy, że mamy 3 cm izolacji cieplej na stropie, 5 cm jastrychu, przynajmniej 1,5-2 cm jakiegoś wykończenia i okazuje się, że poziom podłogi poszedł w górę o 10 cm! W takiej sytuacji zaoszczędzenie nawet 2-3 cm może mieć zasadnicze znaczenie.
Dlatego przede wszystkim z myślą o domach remontowanych opracowano specjalne systemy lekkiej zabudowy ogrzewania podłogowego. Najczęściej składają się one z systemowych płyt z twardego styropianu z fabrycznie wyfrezowanymi rowkami, w które wciska się rury. Następnie pokrywa się je tzw. suchym jastrychem, czyli wytrzymałymi płytami cementowo-włóknowymi lub gipsowo-włóknowymi. Do połączenia płyt wystarczy klej i wkręty. Taki wariant jest więc wielokrotnie lżejszy od typowej podłogówki i cieńszy od niej. Co bardzo ważne przy remontach - obędzie się bez wykonywania wylewki oraz czekania kilka tygodni, aż wyschnie ona i osiągnie wymaganą wytrzymałość. Tu prace wykończeniowe można rozpocząć po 1-2 dniach. Takie systemy, niestety, są dość drogie, w porównaniu z wariantem typowym.
Systemy podłogowe z tzw. suchym jastrychem stosuje się przede wszystkim przy remontach. Są znacznie lżejsze od tradycyjnych i szybciej się je wykonuje. (fot. Fermacell)
Podłogówka bez pompy
W domu energooszczędnym, wykorzystanie pompy ciepła w parze z wodną podłogówką to nie jedyna możliwość, żeby mieć ciepłą podłogę. W pewnych sytuacjach bardzo dobrze może sprawdzić się elektryczne ogrzewanie podłogowe. Szczególnie wtedy, gdy zapotrzebowanie na ciepło jest naprawdę niskie, albo jeśli podłogówkę chcemy wykonać tylko na niewielkiej powierzchni. Ewentualnie elektryczne ogrzewanie podłogowe będzie wspomagać pompę ciepła zasilającą grzejniki ścienne.
Pierwszy przypadek dotyczy domów wyraźnie oszczędniejszych pod względem zużycia energii, niż te budowane po prostu w zgodzie z przepisami, nawet najnowszymi (WT 2021). Tam traci sens wydawanie dużych sum na budowę instalacji grzewczej, bo okres zwrotu poniesionych nakładów staje się bardzo długi. Przyłącze elektryczne zaś i tak trzeba wykonać w każdym budynku.
Racjonalność wyboru systemu elektrycznego - jeśli potrzebujemy ogrzewania podłogowego tylko na małej powierzchni - bierze się zaś z faktu, że chociaż kable grzejne lub maty są znacznie droższe, niż rury używane w systemach wodnych, to jednak przy wariancie elektrycznym nie jest wymagane niemal nic więcej. Właściwie to wystarczy nawet bardzo prosty termostat za kilkadziesiąt złotych. Nie potrzeba rozdzielaczy, pomp obiegowych, zaworów, zaawansowanych sterowników. Tego rodzaju elementy to zaś swoisty koszt stały w systemach wodnych - wart poniesienia tylko wtedy, gdy ogrzewana powierzchnia jest duża.
Wreszcie trzeci wariant, czyli wspólne działanie wodnego ogrzewania z pompą ciepła oraz elektrycznej podłogówki może być wart zastanowienia przede wszystkim w domach remontowanych. W nich najczęściej mamy już jakieś grzejniki ścienne. Problem polega na tym, że zasilając je wodą z niskotemperaturowej pompy ciepła możemy nie być w stanie utrzymać komfortowych warunków w czasie większych mrozów. Moc cieplna grzejników będzie wówczas niewystarczająca.
W takim domu wykonanie wodnego ogrzewania podłogowego może być praktycznie nierealne. Wymiana grzejników na specjalne, niskotemperaturowe modele też może okazać się trudna i bardzo kosztowna. Natomiast wykonanie elektrycznej podłogówki w postaci mat lub przewodów układanych bezpośrednio pod panelami lub płytkami raczej nie powinno być specjalnie kłopotliwe. Koszty eksploatacji też nie będą specjalnie wysokie, bo przecież to elektryczne wspomaganie ogrzewania będzie działać tylko przez niewielką część sezonu zimowego.
Elektryczne systemy ogrzewania podłogowego najczęściej układa się w warstwie kleju do płytek (fot. z lewej: nVent Raychem) lub pod panelami podłogowymi (fot. z prawej: Elektra).
Jak wydzielić obwody ogrzewania?
Rury ogrzewania tworzą tzw. pętle, zwane też obwodami. Każda z nich ma swój początek przy zasilającej belce rozdzielacza, zaś koniec przy belce powrotnej. Woda nie płynie przez taką pętlę bez oporu, a ten rośnie wraz z jej długością. Dodatkowe straty powodują też zawory i inna armatura. Ideałem jest sytuacja, gdy opory przepływu wody są małe i do tego identyczne we wszystkich pętlach. W praktyce trudno to osiągnąć, więc ciśnienie wytwarzane przez pompę (to tzw. wysokość podnoszenia pompy) dobiera się uwzględniając potrzeby najmniej korzystnego obwodu, a w pozostałych nieco tłumi przepływ za pomocą zaworów regulacyjnych. Jednak nie można z tym przesadzić - wysokie ciśnienie wytworzone przez pompę (kosztem większego zużycia energii) się marnuje, a duże ciśnienie na zaworach może powodować szumy i piski.
Właśnie ze względu na rosnące opory przepływu unika się bardzo długich pętli (ponad 100-150 m), a duże ogrzewane powierzchnie, np. salon, dzieli się na mniejsze fragmenty z 2-3 pętlami.
W przypadku zasilania przez pompę ciepła okazuje się to szczególnie ważne, bo prędkość przepływu wody jest tu zwykle większa niż w przypadku systemów z kotłem. To konsekwencja projektowania ich, przy założeniu mniejszej różnicy temperatury pomiędzy zasilaniem i powrotem (zwykle 5 zamiast 10 K). Wymaga to bowiem szybszego przepływu wody, zaś 2-krotne zwiększenie prędkości wody powoduje aż 4-krotny wzrost oporów (22).
Jeśli do tego mocno zagęścimy rury, to może się okazać, że straty ciśnienia są już naprawdę poważnym problemem. Jednak w domach o bardzo małych stratach ciepła, zbliżonych do standardu pasywnego, zagęszczanie może nie być potrzebne, a nawet może okazać się szkodliwe. Przy niskim zapotrzebowaniu na ciepło, przede wszystkim wiosną i jesienią, trudno będzie bowiem ustawić taki przepływ wody, żeby różnica temperatury zasilania wynosiła przynajmniej 3-4°C (3-4 K). A tyle zwykle jest potrzebne do utrzymania ciągłej pracy pompy, bo mniejszą różnicę automatyka traktuje jako brak odbioru ciepła i ją wyłącza.
Najczęściej stosuje się dwa sposoby układania rur:
meandrowy, inaczej wężownicowy;
ślimakowy, czyli podwójnej spirali.
W meandrowym ilość oddawanego ciepła jest największa w na początku wężownicy i maleje ku jej końcowi. Jednak taki nierównomierny rozkład wcale nie musi być wadą, jeśli najcieplejszy odcinek zasilający ułoży się wzdłuż ścian zewnętrznych, gdzie straty ciepła są największe.
Ślimakowy cechuje zaś bardzo wyrównane oddawanie ciepła, bo odcinki zasilające sąsiadują z powrotnymi.
W praktyce niejednokrotnie łączy oba sposoby.
W układzie meandrowym (a) część podłogi, gdzie ułożono początkowy (cieplejszy) odcinek rury grzeje mocniej. Natomiast w ślimakowym (b) oddawanie ciepła zostaje wyrównane.
Nie dla układów mieszanych
W domu z pompą ciepła łączenie w jednej instalacji grzejników i podłogówki to poważny błąd. Wyjątkiem jest sytuacja, gdy mamy specjalne grzejniki niskotemperaturowe. Bo tak naprawdę problemem nie jest sam fakt wykorzystania grzejników, lecz wysoka temperatura wody w obiegu.
Mieszane układy są popularne w domach ogrzewanych kotłami i w nich działają całkiem dobrze. Kocioł przygotowuje wodę odpowiednią dla grzejników (przynajmniej 55°C), a część z niej zostaje w zaworze wielodrogowym wymieszana z już ochłodzoną, wracającą z instalacji.
Jednak w przypadku pompy ciepła to psucie wszystkiego. Użycie układu mieszającego oznacza bowiem, że pompa musi całą wodę podgrzewać do wysokiej temperatury, choćby grzejnik był w domu tylko jeden!
Odbija się to bardzo niekorzystnie na współczynniku COP pompy. Podniesienie temperatury zasilania z 35 do 55°C potrafi obniżyć COP z ok. 3 do 2. W efekcie urządzenie zużywa o wiele więcej prądu, za który płacimy.
Człowiek wielu zawodów, instalator z powołania i życiowej pasji. Od kilkunastu lat związany z miesięcznikiem i portalem „Budujemy Dom”. W swojej pracy najbardziej lubi znajdywać proste i praktyczne rozwiązania skomplikowanych problemów. W szczególności propaguje racjonalne podejście do zużycia energii oraz zdrowy rozsądek we wszystkich tematach związanych z budownictwem.
W wolnych chwilach, o ile nie udoskonala czegoś we własnym domu i jego otoczeniu, uwielbia gotować albo przywracać świetność klasycznym rowerom.
Skomentuj
