PODŁOGI DREWNIANE NA OGRZEWANIU PODŁOGOWYM

IZOLATOR W ROLI PRZEWODNIKA

Ogrzewanie podłogowe ze względu na ekonomikę eksploatacji oraz najbardziej optymalny rozkład temperatury w pomieszczeniach, jest najlepszym rozwiązaniem w zakresie ogrzewania pomieszczeń. Budynki pasywne, energooszczędne oraz modernizowane w zakresie ocieplenia, w dodatku z niskotemperaturowym źródłem ciepła, to najbardziej właściwe miejsce na zastosowanie podlogówki jednak należy wiedzieć, że posadzka drewniana na podkładzie grzewczym należy do najtrudniejszych w wyborze, przygotowaniu i wykonaniu.


Optymalne wykorzystanie drewna – materiału o właściwościach termoizolacyjnych, jako przekaźnika ciepła, jest zadaniem złożonym. Posadzka z drewna zmusza do podniesienia temperatury podkładu grzewczego stosownie do mocy grzewczej podłogi i jej oporu wynikającego z właściwości drewna i jego grubości. Powyższe przekłada się na konieczność wzmocnienia izolacji zapobiegającej przenikaniu ciepła w niepożądanym kierunku. Do wykonania takiej podłogi niezbędna jest dogłębna znajomość tematu, umożliwiająca dobór i zastosowanie odpowiednich materiałów wraz z techniką wykonania.

Zacznijmy od odniesienia się do stwierdzenia ..drewno jest izolatorem”.

porównanie izolacji cieplnej materiałów podłogi
Porównanie izolacyjności cieplnej materiałów wchodzących w skład konstrukcji podłogi ogrzewanej

W konstrukcjach podłóg ogrzewanych mamy do czynienia z trzema rodzajami materiałów:

  1. Styropian lub pianka o przewodności od 0,021 do 0,044 W/ mK, średnio ok. 0,033 W/mK
  2. Drewno liściaste, egzotyczne o przewodności od 0,16 do 0,24 W/mK, średnio 0,20 W/mK.
  3. Beton wylewki gęstości 2100 kg/m3 o przewodności około 1,5 W/m K. Porównajmy właściwości izolacyjne powyższych materiałów w odniesieniu do jednakowej grubości = 10 cm.

Jak widać, najlepszym izolatorem ciepła jest pianka lub styropian, przewodnikiem ciepła beton, a drewno znajduje swoje miejsce pomiędzy nimi.

Dla wielu posadzka ogrzewana kojarzy się bezpośrednio z gorącym grzejnikiem, a tak naprawdę, w dużym uproszczeniu, temperatura podłogi jest o tyle niższa, o ile jej powierzchnia jest większa od porównywalnego grzejnika, w tych samych warunkach obciążenia cieplnego.

porównanie izolacyjności cieplnej elementó w konstrukcji podłogi ogrzewanej
Porównanie izolacyjności cieplnej elementó w konstrukcji podłogi ogrzewanej

Uproszczony przykład, gdzie w pomieszczeniu o powierzchni 16m2 zapotrzebowanie ciepła wynosi 800W co wymaga temperatury grzejnika 60°C (pow. 2m2), natomiast podłogę wystarczy rozgrzać do 25°C (pow. 16m2).

zapotrzebowanie ciepła podłogówki
Uproszczony przykład, gdzie w pomieszczeniu o powierzchni 16m2 zapotrzebowanie ciepła wynosi 800W

 

Ogrzewanie podłogowe należy do ogrzewań płaszczyznowych, gdzie ciepło przekazywane jest do otoczenia z aktywnej części stanowiącej około 80% całej powierzchni grzejnej — podłogi. Podłogówka ogrzewa pomieszczenie w większości poprzez promieniowanie, a w mniejszej części poprzez konwekcję.

Promieniowanie cieplne to strumień ciepła w postaci fal elektromagnetycznych, podczerwonych, emitowanych przez ciało o wyższej temperaturze w kierunku ciała o temperaturze niższej. Efektywność promieniowania zależy od:

  • temperatury ciała emitującego ciepło (podłoga),
  • różnicy temperatur pomiędzy ciałem emitującym (podłoga) a ciałem odbierającym ciepło (elementy wnętrza),
  • odległości pomiędzy emitorem a odbiornikiem ciepła.

W przypadku użytkowników to przejmowanie energii promieniowania cieplnego ogrzewa ich ciało czy ubranie zmniejszając tym samym emisję ciepła z organizmu, dzięki czemu czujemy ten sam komfort cieplny przy niższej temperaturze otoczenia. Ponadto podłogi ogrzewane znajduje się najbliżej względem wszystkich elementów i użytkowników wnętrza, stąd tu jej przewaga nad ogrzewaniem konwekcyjnym.

Konwekcja to przenoszenie ciepła z grzejnika w kierunku elementów chłodniejszych z wykorzystaniem grawitacyjnego ruchu powietrza.

rozkład temperatury przy ogrzewaniu konwekcyjnym
Rozkład temperatury przy ogrzewaniu konwekcyjnym
rozkład temperatury przy ogrzewaniu podłogowym
Rozkład temperatury przy ogrzewaniu podłogowym

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 27°C z każdego jej m2 możemy uzyskać ok. 75W. W tej sytuacji podłoga o odkrytej — aktywnej powierzchni 100m2 przekaże ok. 7.5kW mocy cieplnej.

Ogrzewanie podłogowe możemy bez problemu zainstalować w budynku o współczynniku przenikania ciepła ścian < 0,3 W/m2K. W budynkach o wyższych stratach ciepła ogrzewanie podłogowe powinno być traktowane jako uzupełniające. Lepsze ocieplenie budynku, szczelność, rekuperacja to mniejsze zapotrzebowanie ciepła, tym samym niższa temperatura podłogi, a w efekcie większe możliwości w jej wyborze. Całość zgodnie z zasadami, możliwościami i potrzebami powinien skonfigurować projektant ogrzewania. Budma 2011 omawiano zmiany w charakterystyce cieplnej budynków mieszkalnych zachodzące w ostatnich latach w Polsce. Poniżej zmiany w tabelach.

wartość współczynnika przenikania ciepła w budynkach
Wartości współczynnika przenikania ciepła w budynkach

Pierwsze instalacje ogrzewania podłogowego z drewnianą okładziną miały miejsce w latach 80—tych, jednak ze względu na duże obciążenie cieplne podłogi i związane z tym obciążenie drewna, nie znalazły uznania, zarówno wśród użytkowników, jak i wykonawców.

Przy U ścian 0,75 W/m2K i zapotrzebowaniu cieplnym ponad 200 kWh/m2 rok maksymalne obciążenie podłogi sięgało wartości 160W/m2, średnio do 80W/m2 z przełożeniem na temperaturę podłogi max 35°C i średnio 28°C.

Jeżeli założymy, że opór cieplny okładziny z drewna będzie miał wartość 0,1 m2K/W, to przy maksymalnym obciążeniu 160 W/m2 i temperaturze powierzchni podłogi 35°C temperatura dolnej części okładziny podłogowej z drewna wyniesie 35°C + 16°C = 51°C, praktycznie zbliży się do wartości maksymalnych czynnika grzewczego.

Przy średnim obciążeniu 80W/m2, temperatura dolnej części posadzki drewnianej 28°C + 8°C = 36°C. W takich warunkach i przy takich obciążeniach cieplnych podłogi, drewno na podłogówce nie mogło znaleźć zastosowania.

Jak jest teraz z obciążeniami podłogówki?

obciążenie grzewcze podłogówki

Jak jest teraz z obciążeniami podłogówki?
Obecnie buduje się budynki i tylko takie można odebrać, o U ścian 0,25 W/m2K i zapotrzebowaniu cieplnym znacznie poniżej 100 kWh/m2 rok.

Powyższe przekłada się na maksymalne obciążenie cieplne podłogi rzędu 50W/m2 – 70W/m2, średnio odpowiednio 25W/ m2 _35W/m2, (przedział wynika z usytuowania, architektury budynku ,WG, WM, REK). Układ temperatur zewnętrznych z procentowym obciążeniem urządzeń w okresie sezonu grzewczego.

Dla porównań przyjmijmy:

  • wartość max. 60 W/m2, kilka lub kilkanaście dni w roku kiedy temp. zewnętrzna wynosi -20°C.
  • wartość średnia 30 W/m2 pozostałe dni zimowe, kiedy średnia temperatura zewn. oscyluje w okolicach 0°C. Tej zimy średnia temperatura wynosiła +3°C.

Przy max. obciążeniu podłogi 60 W/m2 temperatura powierzchni podłogi wyniesie 25,5°C, natomiast przy średnim obciążeniu ok. 30 W/m2 odpowiednio 23,0°C.

W przypadku posadzki drewnianej o oporze ciepinym, opty-malnym (zakładanym przy obliczeniach) wartości R = 0,1 m2K/W układ temperatur będzie następujący:

  • max 60 W/m2 – 25,5 °C na powierzchni posadzki drewnianej i 31,5°C pod posadzką.
  • śred. 30 W/m2 – 23,0 °C na powierzchni posadzki drewnianej i 26,0°C pod posadzką.

Przy zastosowaniu posadzki drewnianej o maksymalnym, dopuszczalnym oporze cieplnym R = 0,15 m2K/W w analogicznych warunkach, układ temperatur będzie następujący:

  • max 60 W/m2 – 25,5 °C na powierzchni posadzki drewnianej i 34,5°C pod posadzką.
  • śred. 30 W/m2 – 23,0 °C na powierzchni posadzki drewnianej i 30,5°C pod posadzką.

Dla zobrazowania, 14 mm deska Exfloor™, czy Balticwood posiada wartość R ok. 0,12 m2K/W. podobną wartość R ma lita deska dębowa grubości 20 mm.

JAK TO POLICZYĆ?

Jednostkową moc cieplną podłogi określamy w oparciu o maksymalne zapotrzebowanie ciepła (Q w Wat) w odniesieniu do jej aktywnej powierzchni (P w m2).

q= Q/ P w W/M2

Moc cieplna podłogi, w pomieszczeniu o zakładanej tempera-turze, przypisana jest temperatura jej powierzchni. Współczynnik przejmowania ciepła z płaszczyzny grzejnika podłogowego wg normy EN-1264-5, jest wartością stałą i wynosi 10,8W/m2K.

Przykład: mamy zapotrzebowanie na moc ciepiną wielkości 54W/m2 i zakładamy temperaturę w pomieszczeniu 20°C. Ponieważ przy jednostopniowej różnicy temperatur między powierzchnią podłogi i temperaturą w pomieszczeniu uzyskamy 10,8W/m2K, to dla uzyskania pożądanej mocy ciepinej podłogi (54W/m2) musimy proporcjonalnie podnieść temperaturę podłogi – 54W/m2 dzielimy na 10,8W/m2K i otrzymujemy 5K = 5°C

Przy takim wydatku cieplnym, temperatura podłogi wyniesie 20°C + 5°C = 25°C.

Poniższy nomogram informuje jaką ilość ciepła otrzymamy z grzejącej podłogi przy określonej różnicy między jej powierzchnią a temperaturą w pomieszczeniu.

Wydajność cieplna q do średniej różnicy temperatury powierzchni
Wpływ temperatury podłogi na wielkość emisji ciepła, przy temp. w pomieszczeniu 20 i 22°C. Moc cieplna podłogi, w pomieszczeniu o zakładanej temperaturze, przypisana jest temperatura jej powierzchni. Poniżej nomogram.

monogram

Znając temperaturę powierzchni podłogi oraz opór cieplny posadzki drewnianej, korzystając z wzoru i wykresu poniżej, możemy ustalić średnią temperaturę powierzchni podkładu grzewczego, a tym samym, temperaturę dolnej części posadzki drewnianej.
W efekcie możemy określić różnicę temperatur między powierzchnią a spodem posadzki drewnianej.

opór cieplny gęstość strumienia ciepła
Okładziny o różnym oporze cieplnym sprawiają, że pod posadzką mamy odpowiednio różne temperatury, które wzrastają wraz z ich oporem cieplnym. Jak to wygląda w praktycznym ujęciu?

Należy przyjąć podstawowe założenie, że ilość ciepła dostarczona do podkładu grzewczego (wnętrza podłogi) jest zawsze równa ilości oddanej do jej otoczenia. Otoczenie podłogi to z jednej strony ogrzewane pomieszczenie a z drugiej grunt, powietrze zewnętrzne lub pomieszczenie pod podłogą. Rozpatrzmy trzy przypadki podłóg na gruncie.

Rysunek 1. Posadzka ceramiczna z izolacją na gruncie przenikalności ok. 10% emisji ciepła do pomieszczenia (70/7,3). Różnica temperatur, nad i pod wylewką (30°C-8°C= 22°C) przy R= 3,0m2K/W i U=0,33 W/m2K daje przenikanie ciepła 7,3W/m2. (0,33W/m2K x 22°C = 7,26 W/m2) Emisja ciepła 70W/m2 do pomieszczeń i 7,3 W/m2 ciepła do gruntu, przy terakocie i izolacji termicznej pod podłogą R = 3,0 m2K/W (12 cm styropianu i lambdzie 0,04W/mK).

Rysunek 2. Zamiana posadzki, powoduje podwyższenie temperatury podkładu grzewczego, co przy takiej samej izolacji jak przy ceramice, powoduje wzrost emisji ciepła do gruntu (70/9,3). Emisja ciepła 70W/m2clo pomieszczeń i 9,3 W/m2 ciepła do gruntu, przy okładzinie drewnianej R=0,1 m2K/W i izolacji termicznej pod podłogą R = 3,0 m2K/W (12 cm styropianu i lambdzie 0,04W/mK)

Rysunek 3. Zwiększenie izolacji termicznej powoduje ograniczenie przenikania ciepła do gruntu, przez co wracamy do proporcji -70/7, czyli przy odpowiednim zwiększeniu izolacji pod podłogą, możemy zain-stalować oporniejszą cieplnie okładzinę drewnianą, bez podwyższania strat ciepła do gruntu. Ponadto kurczliwość drewna wynikająca ze zmiany wilgotności powodowanej zmianą temperatury.

temperatura powietrza w pomieszczeniach

Emisja ciepła 70W/m2 do pomieszczeń i 7,0 W/m2 ciepła do gruntu, przy okładzinie drewnianej R=0,1 m2K/W i izolacji termicznej pod podłogą R = 4,0 m2K/W (16 cm styropianu o lambdzie 0,04W/mK).

Z powyższego wynika wniosek: Podwyższenie oporu cieplnego posadzki przekłada się na podniesienie temperatury podkładu grzewczego, ale nie przekłada się na zwiększenie ilości energii, przy założeniu, że w sposób odpowiedni do wzrostu temperatury, zwiększymy opór izolacji termicznej pod podłogą. Pozostaje kwestia sprawności źródeł ciepła względem wzrostu temperatury.

Autor artykułu :

Tadeusz Woźniak

Parkiet Komplex, Mława ,  www.parkietkomplex.eu

 

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *