• slide
  • slide
  • slide

Zainteresowany naszą ofertą?

Wypełnij formularz zapytaniowy

Ogrzewanie ścienne

Ogrzewanie ścienne jest podobne do ogrzewania podłogowego, z tą główną różnicą, że ciepło dostarczane jest do pomieszczenia przez powierzchnie ścian, a nie podłogi. W systemach ogrzewań ściennych dostępny jest cały szereg rozwiązań technicznych. Grzejniki ścienne mogą być budowane w oparciu o wężownice wodne, kanały powietrzne lub przewody bądź maty elektryczne. W niniejszym artykule przedstawiono najczęściej stosowane rozwiązania.

Konstrukcje ścian grzejnych
Grzejniki ścienne to ściany z zabudowanymi w nich elementami grzejnymi, takimi jak przewody wodne albo maty lub przewody elektryczne. Elementy te umieszcza się pod warstwą wykończeniową ściany. Warstwę tę stanowić może tynk lub różnego rodzaju płyty prefabrykowane. Ściana grzejna często różni się od zwykłej ściany, również dodatkową warstwą izolacji termicznej. Warstwa ta ogranicza przepływ ciepła na drugą stronę ściany. Sytuacja taka ma miejsce przede wszystkim w przypadku ścian zewnętrznych. Izolację cieplną należy także umieszczać w ścianach wewnętrznych, oddzielających pomieszczenia ogrzewane od nieogrzewanych (np. różnego rodzaju składzików), oraz oddzielających sąsiednie mieszkania. Poza tym ułożenie izolacji zmniejsza bezwładność ogrzewania, co ułatwia automatyczną regulację.

Ogrzewanie wodne
Rozwiązania stosowane przy budowie ścian grzejnych, zostały przedstawione na rysunkach. Jeśli nie jest wymagana warstwa izolacji cieplnej, wodne przewody grzejne można umieścić bezpośrednio na ścianie (rys. 1). Przewody prowadzi się najczęściej w odstępie od 4 do 20 cm. W celu odpowiedniego przymocowania przewodów, stosuje się odpowiednie elementy montażowe. Przy dłuższych ścianach, zwłaszcza powyżej 10 m, może być konieczne wykonanie dylatacji. Dylatacje wykonuje się również pomiędzy różnymi przegrodami budowlanymi, tzn. ścianami, podłogą i sufitem. Rodzaj i rozmieszczenie dylatacji musi być określone w projekcie instalacji. Grubość tynku powinna wynosić co najmniej 1 cm, licząc od powierzchni przewodów. W przypadku grubszych tynków, można je wykonać w postaci kilku warstw. W tej sytuacji pod ostatnią warstwą należy zastosować siatkę zbrojeniową (rys. 2). Przewody grzejne mogą również zostać umieszczone w przestrzeni powietrznej pod suchą płytą prefabrykowaną (rys. 3). W tym przypadku płyta wykończeniowa jest mocowana przy użyciu elementów dystansowych. Innym rozwiązaniem jest wykorzystanie specjalnej płyty systemowej, w której układa się przewody. Istnieją dwie odmiany takich płyt: • płyty, posiadające zintegrowaną izolację (rys. 4), • płyty, posiadające zintegrowaną warstwę wykończeniową (rys. 5). W przypadku płyt z izolacją, na płytę nanosi się tynk lub oddzielną płytę wykończeniową.

Ogrzewanie hypokaustyczne
Cechą wyróżniającą ogrzewanie hypokaustyczne jest to, że ciepło rozprowadzane jest przez podgrzane powietrze. Ogrzewanie hypokaustyczne było znane już w starożytności. Greckie słowo (hypocauston) pochodzi od „hypo” czyli „pod” oraz „kaiein” czyli „palić” [1], a więc razem oznacza „ogrzewanie od dołu”. Oryginalnie istniały trzy typy hypokaustum: ogrzewanie podłogowe, ogrzewanie podłogowo-ścienne (w obu tych systemach gorące powietrze przepływało kanałami, ale nie dostawało się do ogrzewanych pomieszczeń) oraz system, w którym powietrze przedostawało się do pomieszczeń przez specjalne otwory. Hypokaustum było pierwszym systemem centralnego ogrzewania, który umożliwiał ogrzewanie kilku pomieszczeń. Hypokaustum stosowane było m.in. w łaźniach. W obecnie konstruowanych grzejnikach hypokaustycznych powietrze krąży w kanałach utworzonych ze specjalnych pustaków lub w przestrzeni pomiędzy płytami gipsowo-kartonowymi. Kanały powietrzne mogą występować w jednym lub w dwóch rzędach. Mówimy wówczas o grzejnikach jednolub dwurzędowych. W grzejnikach jednorzędowych cały ruch powietrza odbywa się w jednym kanale. Ogrzane powietrze unosi się w kanałach oddając ciepło, a następnie w tych samych kanałach opada, mieszając się w sposób nieustalony. W wysokich grzejnikach (powyżej 2 m) ciepłe powietrze może nie dotrzeć do szczytu grzejnika, co obniża jego wydajność cieplną. Istnieje odmiana grzejników hypokaustycznych jednoszeregowych z otworami u dołu i na szczycie kanałów grzejnika, umożliwiającymi cyrkulację powietrza pomiędzy kanałami a pomieszczeniem. Zwiększa to moc grzejnika i jednocześnie zwiększa udział ciepła oddawanego na drodze konwekcji. Cyrkulacja powietrza pomiędzy wewnętrznymi kanałami grzejnika a pomieszczeniem może stwarzać jednak problemy z utrzymaniem czystości [5]. Pod kanałami umieszcza się rurę ożebrowaną, której zadaniem jest ogrzanie krążącego w ścianie powietrza. Przykład grzejnika hypokaustycznego jednorzędowego przedstawiono na rys. 6. Ściana wykonana jest z bloków piaskowo-wapiennych. Bloki te spełniają wymagania statyczne dla ścian nośnych i jednocześnie tworzą kanały powietrzne. Rura siatkowa prowadzona u podstawy ściany zakryta jest listwą maskującą. Natomiast problemy, charakterystyczne dla grzejników jednorzędowych, nie występują w grzejnikach dwurzędowych, gdzie ciepłe powietrze najpierw unosi się kanałami bliżej pomieszczenia, a następnie przy suficie jest kierowane do drugiego rzędu kanałów, którym przepływa na dół (rys. 7). Grzejniki hypokaustyczne można również wykonywać, tworząc przestrzeń powietrzną pomiędzy dwoma płytami gipsowo-kartonowymi. Przykład takiego rozwiązania pokazano na rys. 8. Głębokość przestrzeni powietrznej wynosi najczęściej ok. 5 cm.

Ogrzewanie ciepłowodowe
Bardzo ciekawym rozwiązaniem jest zastosowanie w ścianie grzejnej rurki cieplnej (ciepłowodu, ang. heat pipe). W ciepłowodach występują procesy parowania i skraplania czynnika roboczego oraz transportu pary i skroplin. Uzyskuje się przy tym znaczne gęstości przekazywanego strumienia ciepła przy stosunkowo małych różnicach temperatury. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie dość równomiernego pola temperatury na powierzchni ściany. Zasada działania ciepłowodu została przedstawiona na rys. 9. W ogrzewanej części rurki cieplnej (parowaczu) następuje odparowanie cieczy. W wyniku różnicy temperatury i w konsekwencji różnicy ciśnienia para przepływa w kierunku drugiego końca rury (skraplacza), gdzie następuje proces kondensacji. W procesie tym oddawane jest ciepło skraplania. Grzejnik ciepłowodowy składa się z dwóch podstawowych elementów: • kolektora zasilającego – poziomej rury (najczęściej miedzianej), w której płynie woda instalacyjna, • ciepłowodów – przewodów miedzianych wypełnionych czynnikiem roboczym. Ułożone pionowo ciepłowody połączone są ze znajdującym się u podstawy ściany kolektorem (rys. 10). Pojemność wodna instalacji ogrzewania ciepłowodowego jest 5 do 8 razy mniejsza w porównaniu z instalacjami z typowymi wężownicami wodnymi. Jednocześnie pojemność cieplna samych ciepłowodów jest znikoma. Dlatego ogrzewanie ciepłowodowe charakteryzuje się niższą inercyjnością cieplną w porównaniu z grzejnikami opartymi na wężownicy wodnej.

Przewody i maty elektryczne
Oprócz różnego rodzaju grzejników zasilanych ciepłą wodą (w tym hypokaustycznych i ciepłowodowych), istnieją również grzejniki tworzone w oparciu o elektryczne przewody oporowe lub maty grzejne (rys. 11). Zaletą elektrycznych ogrzewań oporowych jest mała grubość przewodów i mat (zazwyczaj nie przekracza ona 5 mm) oraz stosunkowo niskie koszty inwestycyjne instalacji w porównaniu z systemami wodnymi. Natomiast w warunkach polskich, z uwagi na relację cen poszczególnych nośników energii, eksploatacja systemów elektrycznych może być znacznie droższa w stosunku do systemów wodnych. Zaletą mat grzejnych w porównaniu z kablami jest łatwość układania. Mata stanowi całość i jej ułożenie jest szybsze oraz nie występuje niebezpieczeństwo niezachowania odpowiedniej trasy przewodów. Zaletą kabli grzejnych jest ich niższa cena. Są one 2 do 3 razy tańsze w porównaniu z matami. Poza tym kable łatwiej jest układać w mniejszych pomieszczeniach.

Niezamierzony grzejnik ścienny w ogrzewaniu rozdzielaczowym
Specyficzny grzejnik ścienny powstaje w sposób nie do końca zamierzony, kiedy w ścianie prowadzone są przewody, zasilające typowe grzejniki c.o. (rys. 12). Zwłaszcza w przypadku długich odcinków i braku izolacji wokół przewodów, mogą wystąpić znaczne straty ciepła i ściana będzie przekazywała ciepło do pomieszczenia, podobnie jak ma to miejsce w typowym grzejniku ściennym. W celu zilustrowania tego zjawiska na rys. 13 zamieszczono zdjęcie termograficzne fragmentu ściany, w której ułożono przewody c.o. zasilające grzejnik konwekcyjny. Para przewodów z tworzywa sztucznego (dz/dw=12,0/8,4 mm) ułożona była w rurach osłonowych typu peszel o średnicy zewnętrznej 20,7 mm. Przewody umieszczone zostały pod tynkiem w odległości 5 cm (pomiędzy osiami). Całkowita grubość warstwy tynku wynosiła 3 cm. Temperatura wody w przewodzie zasilającym miała wartość 38,0°C, a w powrotnym 30,5°C. Prędkość wody w przewodach wynosiła 0,11 m/s. Na zdjęciu widoczny jest ślad cieplny przewodów, prowadzonych pod tynkiem. Mimo że podgrzanie ściany ma charakter miejscowy, jak wykazały badania doświadczalne i numeryczne, w przypadku braku izolacji cieplnej, ilość ciepła oddawana do pomieszczenia przez ścianę może nawet przekroczyć strumień ciepła, przekazywany przez grzejnik konwekcyjny [8]. W tym przypadku będziemy mieć do czynienia z ogrzewaniem kombinowanym – grzejnikowo-ściennym [9]. Co prawda ciepło tracone przez przewody jest w dużym stopniu dostarczane do pomieszczeń przyległych do ścian, przez które biegną rury. Jednak są to bardzo często inne pomieszczenia niż te, w których usytuowane są grzejniki, zaopatrywane przez dane przewody. Część ciepła może trafiać do przedpokojów i na klatki schodowe (powodując ich przegrzewanie) oraz do sąsiednich mieszkań (dogrzewając jedne mieszkanie na koszt drugiego). W związku z tym, przewody prowadzone w przegrodzie budowlanej, która nie stanowi grzejnika (ściennego albo podłogowego), powinny być izolowane cieplnie. W innym przypadku duża część ciepła może być dostarczana w sposób nieefektywny [6, 10]. Od 1 stycznia 2009 znowelizowane Rozporządzenie Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [10] podaje minimalną grubość izolacji 20 mm dla przewodów c.o., prowadzonych w ścianie, w przypadku średnicy wewnętrznej do 22 mm. Zastosowanie izolacji oczywiście ograniczy straty ciepła, chociaż utrudni ułożenie przewodów, ponieważ całkowita średnica rury wraz z izolacją będzie wynosić ok. 50-60 mm.

Montaż
Przed rozpoczęciem wykonywania grzejników ściennych, powinny być zamontowane wszystkie okna i drzwi zewnętrzne. W czasie prac tynkarskich temperatura powietrza i materiałów budowlanych nie powinna być niższa niż +5°C. W przypadku stosowania tynków zawierających gips, temperatura wody zasilającej nie powinna przekraczać 50°C. Wyższe temperatury mogą być stosowane tylko w połączeniu z tynkami niezawierającymi gipsu [3]. Ogrzewanie ściany wykończonej tynkiem zawierającym cement można rozpocząć po 21 dniach od wykonania tynku. W przypadku tynków zawierających gips ogrzewanie można rozpocząć po 7 dniach lub według zaleceń producenta. Ogrzewanie rozpoczyna się przy temperaturze zasilania +25°C, którą utrzymuje się przez 3 dni. Następnie ustawia się obliczeniową temperaturę zasilania i utrzymuje się ją przez 4 dni. W przypadku stosowania płyt prefabrykowanych bez dodatkowego tynku, można ogrzewanie rozpocząć natychmiast po montażu wykładziny [3].

Temperatura czynnika
Ogrzewanie ścienne należy do grupy ogrzewań niskotemperaturowych. Temperatura wody zasilającej wynosi najczęściej od 35 do 60°C, a projektowane schłodzenie wody w grzejniku ściennym przyjmuje się równe 10 K. Zaleca się, aby temperatura powierzchni ściany nie przekraczała 35°C [3]. W związku z tym, przyjmując współczynnik przejmowania ciepła na wewnętrznej powierzchni ściany ok. 8 W/(m2K) [3] i temperaturę wewnętrzną w pomieszczeniu 20°C, można oszacować maksymalną wydajność grzejnika ściennego w takim przypadku na poziomie 120 W/m2. Dlatego ogrzewanie ścienne przeznaczone jest przede wszystkim do budynków o niskim zapotrzebowaniu na ciepło [5, 6]. Może być również stosowane w połączeniu z ogrzewaniem podłogowym, w celu dopełnienia bilansu cieplnego pomieszczenia. Przy czym jeśli grzejnik ścienny wykonany zostanie w ścianie zewnętrznej lub wewnętrznej przyległej do pomieszczenia o niższej temperaturze wewnętrznej, to grzejnik taki nie tylko dostarczy do ogrzewanego pomieszczenia strumień ciepła, ale jednocześnie zmniejszy obciążenie cieplne (zapotrzebowanie na moc cieplną) danego pomieszczenia poprzez wyeliminowanie strat ciepła przez przenikanie przez tę ścianę.

Podsumowanie
Z uwagi na posiadane właściwości, ogrzewanie ścienne należy polecić przede wszystkim dla pomieszczeń o wysokich wymaganiach co do komfortu cieplnego i warunków higienicznych. Grzejnik ścienny może również uzupełniać ogrzewanie podłogowe, w celu domknięcia bilansu cieplnego pomieszczenia, jeśli grzejnik podłogowy samodzielnie nie jest w stanie zapewnić odpowiedniej moc cieplnej. Ogrzewanie ścienne, podobnie jak i inne ogrzewania niskotemperaturowe, jest odpowiednie do zastosowania w połączeniu z nowoczesnymi źródłami ciepła, takimi jak kocioł kondensacyjny czy pompa ciepła. Źródła te przy niższych temperaturach czynnika osiągają wyższe sprawności [3].

dr inż. Michał Strzeszewski
Politechnika Warszawska Wydział Inżynierii Środowiska, Zakład Klimatyzacji i Ogrzewnictwa

Literatura:
[1] Bis W.: Ze studiów nad piecami typu hypocaustum z terenu ziem Polski, Architectus 1-2/2003. [2] Eggert H.: Vom Zentralheizungs-Radiator zur Niedertemperatur-Wandflächenheizung, Erneuerbare Energie 4/1995. [3] Fachinformationsdienst Flächenheizung BVF: Richtlinie zur Herstellung beheizter Wandkonstruktionen im Wohnungs-, Gewerbeund Industriebau, Bundesverband Flächenheizungen e.V., Hagen, Niemcy, 2004. [4] Fachinformationsdienst Flächenheizung BVF: Warmwasser-Flächenheizung – Die ideale Voraussetzung für die Nutzung von Brennwerttechnik, Solarenergie und Umweltwärme bei der Gebäudeheizung, Bundesverband Flächenheizungen e.V., Hagen, Niemcy, 2004. [5] Górka A.: Ścienne grzejniki hypokaustyczne dla budynków o niskim zużyciu energii. Rozprawa doktorska, Politechnika Poznańska, Poznań 2000. [6] Górka A.: Rozwiązania układów grzewczych dla budynków o niskim zużyciu energii, Materiały konferencyjne Forum Technik Instalacyjnych – Instalacje 2004, Poznań, 30 marca 2004. [7] Ljungqvist J., Bergsten R.: Internal Low Temperature Heated Wall in a Well Insulated One Family House, Future Building Forum, Low Temperature Heating Systems in Buildings – Workshop, Stockholm 11 12 June 1998. [8] Rabjasz R., Strzeszewski M.: Badania strat ciepła przewodów centralnego ogrzewania, prowadzonych w przegrodach budowlanych, Materiały konferencyjne VI Forum Ciepłowników Polskich, Międzyzdroje 2002. (http:// www.is.pw.edu.pl/~michal_strzeszewski/articles/miedzyzdroje2002_badania.pdf) [9] Strzeszewski M.: Model obliczeniowy ogrzewań mikroprzewodowych. Rozprawa doktorska, IOiW PW, Warszawa 2002. [10] Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 6 listopada 2008 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. 2008 nr 201, poz. 1238

źródło: miesięcznik Builder.pl

award1.jpg

Zrealizowaliśmy ponad 300 obiektów na terenie Polski. Obecnie zwiększyliśmy zasięg działania o nowe kraje UE.

award2.jpg

Nasi projektanci i inżynierowie opracowali ponad 450 projektów różnego rodzaju nieruchomości.

award3.jpg

Drewno, jako odnawialne źródło energii pochodzące ze zrównoważonego zarządzania lasami, tworzy fundament naszych realizacji.

Medale

Wyrażam zgodę na przetwarzanie moich danych osobowych dla realizacji celów i na zasadach określonych w Polityce prywatności

Wyrażam zgodę