Integracja systemów ogrzewania

Kominek to nieodzowny element salonu, tworzący przyjazną atmosferę w czasie długich jesiennych i zimowych wieczorów. Płonące w palenisku drewno jest źródłem zarówno ciepła, jak i wyjątkowego nastroju. Kominek z płaszczem wodnym może efektywnie ogrzać mały dom. Praktyka pokazuje jednak, że najlepiej zastosować go w połączeniu z innym uzupełniającym systemem, np. elektrycznym ogrzewaniem podłogowym.

Kominek z płaszczem wodnym

Powszechnie znane są rozwiązania techniczne, pozwalające na dystrybucje powietrza ogrzanego ciepłem kominka w pomieszczeniach. Zastosowanie płaszcza wodnego pozwala z kolei wykorzystać temperaturę osiąganą w kominku do zasilenia ciepłem grzejników. Jest to możliwe dzięki konstrukcji kominka płaszczowego, w którym stosowana jest podwójna ścianka, wewnątrz wypełniona wodą transportującą ciepło do instalacji CO. Płaszcz otacza komorę spalania z boków, z tyłu oraz z góry. Żeby powierzchnia ogrzewania wody (wymiany ciepła) była większa, nad paleniskiem najczęściej znajdują się dodatkowe rury, połączone z sprzestrzenią między podwójnymi ścianami kominka. Woda opłukuje komorę spalania, a dodatkowo dzięki specjalnym rurom przepływa, nawet w górnej części, przez jej wnętrze. Ogrzane medium przemieszcza się w wymuszonym działaniem pompy obiegu. Grzejnikinastępnie przekazują zakumulowane ciepło do otoczenia.

Kominek z płaszczem wodnym stanowi dobre uzupełnienie istniejącego kotła (np. gazowego), jednak zda także egzamin jako źródło samodzielne, mogące doprowadzać ciepło bezpośrednio do konwencjonalnych grzejników.

Zastosowanie kominka płaszczowego pozwala na zaoszczędzenie pieniędzy ponadto jest rozwiązaniem ekologicznym. Szacuje się, że kominki płaszczowe są o połowę tańszą formą ogrzewania domów niż np. ogrzewanie go gazem. Dodatkowo spalanie biomasy w postaci drewna wiąże się, w porównaniu z tradycyjnym kotłem opalanym węglem, ze znaczną redukcją emisji zanieczyszczeń.

Skoro moce osiągane przez kominki z płaszczem wodnym (nawet rzędu 50 kW) pozwalają z powodzeniem ogrzać domek jednorodzinny, co stoi więc na przeszkodzie, aby stosować je jako samodzielne źródła ciepła? Składa się na to szereg względów praktycznych, spośród których najważniejsza zdaje się potrzeba regularnej obsługi. Kilkudniowy wypad rodzinny na narty może powodować nadmiernym wychłodzeniem domu. Ponadto, regulacja temperatury nie jest tak precyzyjna jak np. w przypadku sterowania wydajnością kotłów CO. Często wymienianą wadą są również stosunkowo wysokie ceny urządzeń.

Elektryczne ogrzewanie podłogowe

Choć rozwiązanie to najczęściej stanowi samodzielne źródło ciepła albo uzupełnienie układu z konwencjonalnym kotłem CO, można przewody i maty grzejne stosować jako uzupełnienie systemu ogrzewania kominkiem z płaszczem wodnym. Dzięki elektrycznemu ogrzewaniu podłogowemu nie trzeba liczyć się z potrzebą prowadzenia dodatkowych rur i wygospodarowania części pomieszczenia na urządzenia systemu grzewczego, nie wspominając o kotłowni. Jedyne widoczne elementy układu to termostaty – sterowniki, powodujące, że system możemy nazwać inteligentnym.

Integracja systemów

Jeżeli decydujemy się na jednoczesne wykorzystanie kominka z płaszczem wodnym oraz elektrycznego ogrzewania podłogowego, procedura doboru komponentów układu jest inna niż w przypadku rozpatrywania omawianych rozwiązań odrębnie.

Niezbędna moc układu to temat, który powinien zainteresować przyszłego użytkownika w pierwszej kolejności. Parametr ten jest zależny od jakości izolacji termicznej oraz kubatury pomieszczeń. W ofercie producentów znajdziemy kominki o mocach rzędu od 10 nawet do 50 kW. Przewody grzejne stosowane w ogrzewaniu podłogowym (wewnątrz domu) osiągają moce nawet rzędu 200 W/m². Obecnie istnieje wiele możliwości zabudowy kominka, dzięki czemu urządzenie może być wkomponowane w wystrój niemal każdego salonu.

Projektanci kominków pozostawili nabywcom duże pole manewru także w kwestii wyboru drzwiczek. Mogą one być proste, ale także narożne czy pryzmatyczne, czyli załamane na bokach pod pewnym kątem, przez co dają możliwość obserwowania płomienia od frontu oraz – do pewnego stopnia – z boków. Jeżeli w pobliżu kominka są usytuowane meble, drzwi albo wysunięte ściany, warto zastanowić się dłużej, jaki sposób otwierania będzie dla nas wygodniejszy. Do dyspozycji mamy drzwiczki otwierane w bok (pojedyncze i dzielone) lub do góry. Jeżeli kominek ma zasilać grzejniki, a więc pracować z mocą znamionową, dobrym pomysłem będzie wykorzystanie podwójnej szyby, zapobiegającej nadmiernej emisji ciepła do pomieszczenia z komory spalania.

W przypadku, gdy w salonie są zainstalowane grzejniki zasilane przez kominek z płaszczem wodnym samodzielnie zapewniającym zimą odpowiednią ilość ciepła w pomieszczeniu, odpowiedni będzie przewód lub mata grzejny, zapewniająca moc rzędu 90 W/m² . Wystarczy ona do podniesienia ogólnego poziomu ciepła. Naturalnie, w przypadku łazienek, czy pomieszczeń wykorzystujących maty lub przewody, jako podstawowe źródło ciepła, moc na jednostkę powierzchni musi zdecydowanie wzrosnąć do 160 W/m². W sposób szczególny dotyczy to łazienek. Producenci oferują ponadto różne typy mat i przewodów, w zależności od tego, czy mają być one przeznaczone do ogrzewania czy dogrzewania. Nie należy martwić się wpływem systemu na stan podłogi – w ofertach handlowych znajdziemy rozwiązania odpowiednie dla niemal każdego jej typu.

Rozkład mat i przewodów grzejnych jest determinowany przez układ salonu oraz innych pomieszczeń. Nie powinny być układane pod stałą zabudową meblową, czy urządzeniami AGD. Należy pamiętać, iż zaprojektowanie instalacji ogrzewania podłogowego to także odpowiednie usytuowanie puszek instalacyjnych.

Sterowanie zintegrowanym systemem ogrzewania

Niezależne sterowanie komponentami systemu składającego się z kominka z płaszczem wodnym i elektrycznego ogrzewania podłogowego nie jest trudne. Jednak kontrola tych dwóch elementów składowych jest różna. Do grzejników ciepła woda płynie po uruchomieniu pompy obiegowej, co determinuje odpowiednia temperatura wewnątrz kominka (zadawana na sterowniku). Intensywność spalania regulujemy ręcznie przez zmianę dopływu powietrza i zmianę ciągu w kominie (np. z użyciem przepustnicy).

W przypadku elektrycznego ogrzewania podłogowego istnieje szeroka gama sterowników, które monitorują utrzymanie temperatury w każdym pomieszczeniu zgodnie z zaprogramowanym cyklem dobowym. Same czujniki są dość dokładne, wykrywają zmianę temperatury nawet o pół stopnia. W pomieszczeniach, gdzie podłogowe ogrzewanie elektryczne ma zapewnić jedynie efekt ciepłej podłogi, wystarczający jest czujnik podłogowy. W pozostałych przypadkach pomiar musi obejmować pomiar temperatury powietrza.

Na rynku dostępne są samoregulujące przewody grzejne Poprzez mikroskopijne zmiany przekroju związane z wahaniami temperatury przewodzą one prąd o zmiennym natężeniu, dzięki czemu możliwe jest samoistne zmniejszanie lub zwiększanie ilości generowanego ciepła. Rozwiązanie to optymalizuje rozkład temperatury na ogrzewanej powierzchni, np. kiedy zimą promienie słoneczne spowodują nagrzanie podłogi w okolicy okna, samoregulujący system zmniejszy wydzielanie ciepła w tym obszarze, bez zbędnych zmian w pozostałych częściach pokoju. Oczywiście podobny efekt wystąpi w obszarze sąsiadującym z kominkiem, generującym ciepło do pomieszczenia. Proponowane przez producentów przewody są także w stanie dostosować moc grzewczą do przewodności cieplnej podłogi, zapobiegając tym samym jej nadmiernemu nagrzewaniu i uszkodzeniu.

System wykorzystujący elektryczne ogrzewanie podłogowe i kominek z płaszczem wodnym w projekcie Z7

To, czy w naszym domu będą wykorzystywane maty grzejne, czy przewody i jakiego typu, zależy przede wszystkim od etapu budowy domu i rodzaju podłogi. Załóżmy, że mamy do czynienia z ogrzewaniem podłogowym w postaci przewodów grzejnych w wylewce. Opis systemu został opracowany w oparciu o projekt Z7 (niewielki, parterowy dom jednorodzinny o powierzchni 82,4 m kw.). Jeżeli przyjmiemy, że dla tego domu z wentylacją grawitacyjną, naturalna, projektowa temperatura zewnętrzna to -20ºC (III strefa klimatyczna) oraz że zamieszkuje go pięcioosobowa rodzina , wskaźnik zapotrzebowania na ciepło w odniesieniu do powierzchni ogrzewanej wyniesie ok. 72 W/m².

Omówienie systemu rozpoczniemy od salonu o całkowitym zapotrzebowaniu na ciepło 1526,4 W. Od południowej strony pomieszczenie przeszklone jest dużymi drzwiami prowadzącymi na taras. Instalacja CO z kotłem, np. na paliwo stałe, wiąże się z koniecznością instalacji grzejnika, który zazwyczaj umieszcza się pod oknem ze względu na korzystną cyrkulacje powietrza. W omawianym projekcie domu źródłem ciepła w salonie jest kominek wspomagany ogrzewaniem podłogowym zapewniającym efekt ciepłej podłogi (ze względu na wykorzystanie kominka wystarczająca jest moc jednostkowa ogrzewania podłogowego 50 W/m²).

Dobór odpowiednich rozwiązań technicznych, jak już wcześniej wspomniano, jest determinowany rodzajem podłogi. Załóżmy, że w naszym salonie mamy panele podłogowe. W takiej sytuacji świetnie sprawdzą się systemy, takie jak T2Red + T2Reflecta (Raychem – energooszczędny system z równomierną dystrybucją ciepła). Jeżeli decyzja o wykorzystaniu ogrzewania podłogowego następuje dopiero przy okazji renowacji, warto wykorzystać systemy o niewielkiej grubości. Przykładem jest tu T2QuickNet-90, którego zaletą jest możliwość zastosowania w podłogach z drenażem (np. w łazience, jeżeli posiadamy prysznic bez brodzika).

Salon, hall (zapotrzebowanie na ciepło 417,6 W) i kuchnia (zapotrzebowanie na ciepło 518,4 W) są połączone, co nie stanowi problemu przy wyborze kabla grzejnego. Biorąc pod uwagę, że mówimy o nowej, dobrze izolowanej konstrukcji budynku (hall jest usytuowany w centralnej części domu), a ogrzewanie podłogowe ma współpracować z grzejnikami, dla hallu i salonu bez obaw możemy wybrać system o mocy z przedziału 35-60 W/m²(dla paneli podłogowych maksymalnie stosuje się 70 W/m²). Dla najniższej mocy w tym zakresie, jednostkowa długość kabla grzejnego wyniesie 3,3 m/m kw. Wartość tego parametru będzie wzrastać za każdym razem, kiedy zwiększać się będzie zapotrzebowanie na ciepło. Wiąże się to ze zmniejszaniem odległości między przewodami (dla 35 W/m² Raychem T2Red + T2Reflecta: 300mm). Z taką sytuacją będziemy mieć do czynienia w kuchni, gdzie na podłodze są płytki ceramiczne, a wstawienie grzejników będzie utrudnione ze względu na niewielką powierzchnię i zabudowę (w naszym przypadku także zlew pod oknem). Wymagana moc ogrzewania podłogowego to 100 W/m², nawet jeżeli wykorzystamy niewielki grzejnik ścienny. W hallu sprawdzą się stalowe, płytowe grzejniki uniwersalne (np. Burgmann typ VK 3x300mm o łącznej mocy ok. 500 W).

Dla prawidłowego funkcjonowania systemu podłogowego w sytuacji, kiedy posiadmay wykładziny podłogowe, istotne jest zachowanie ich współczynnika przenikania ciepła na poziomie nie wyższym niż 0,15 W/m²K.

Podczas wyboru ogrzewania w łazience zapotrzebowanie na ciepło wynosi ok. 600 W. Jest to pomieszczenie, w którym ze względów funkcjonalnych zależy nam na utrzymaniu względnie wysokiej temperatury (wg PN-EN 12831 jest to 24ºC). Odpowiedni będzie przewód grzejny o mocy 150-180 W/m². Dodatkowo, przydatny będzie suszarkowy grzejnik ścienny, najlepiej wyposażony w grzałkę elektryczną, która pozwoli na pełnienie funkcji suszarki także w lecie, kiedy pomieszczenia nie są ogrzewane przez kominek.

Dobierając moc ogrzewania podłogowego w poszczególnych sypialniach kierujemy się ich rozmieszczeniem przestrzennym (pokoje z oknami skierowanymi na południe mają mniejsze zapotrzebowanie cieplne niż te od strony północnej) oraz mocą grzejników zasilanych poprzez kominek z płaszczem wodnym. W przypadku sypialni, szczególnie 1 i 2 (zapotrzebowanie na ciepło wynosi odpowiednio 792 i 1008 W), nie jest konieczne wykorzystywanie ogrzewania podłogowego, ze względu na zyski z nasłonecznienia, nie musimy również stosować tam grzejników podokiennych, bo wymagana temperatura nie jest tak wysoka jak w łazience czy salonie. Z drugiej strony, elektryczne ogrzewanie podłogowe o niewielkiej mocy może być tu przydatne okresowo, np. w przypadku dłuższego wyjazdu. Dzięki odpowiedniemu zaprogramowaniu sterowników ogrzewania unikniemy wówczas nadmiernego wychłodzenia pomieszczeń. Wymagania grzewcze sypialni 3 usytuowanej od północy są wyższe, zatem większa będzie także moc zainstalowanych grzejników, by możliwe było zaspokojenie zapotrzebowania na ciepło na poziomie 850 W.

W przypadku pomieszczenia gospodarczego i wiatrołapu wystarczające może być użycie tylko grzejników, lub tylko maty. Istotne jest, by wziąć pod uwagę zyski cieplne z pomieszczeń sąsiadujących i minimalną wymaganą w pomieszczeniach temperaturę. Ogrzewanie podłogowe w wiatrołapie może być wartościowe dlatego, że nie musi pracować w sposób ciągły, a mimo to jest w stanie zapewnić efekt ciepłej posadzki okresowo, np. kiedy spodziewamy się gości.

Odpowiednie zintegrowanie kominka z płaszczem z elektrycznym ogrzewaniem podłogowym pozwoli nam cieszyć się domowym ciepłem podczas chłodnych okresów i jednocześnie wpłynie na zminimalizowanie kosztów ponoszonych na ten cel każdego roku.

mgr inż. Mateusz Szubel
AGH Akademia Górniczo-Hutnicza
Wydział Energetyki i Paliw

artykuł pochodzi z kwartalnika
Kreator Projekty wydanie 01/2012
więcej o kwartalniku czytaj na
Kreator Projekty.pl