Podłogowe systemy grzewcze i klimatyzacyjne

INSTALACJE GRZEWCZE
Podłogowe systemy grzewcze i klimatyzacyjne
Rozwiązania dla przeszklonych fasad
Maciej Danielak
Duże, wielokondygnacyjne elewacje szklane są nowoczesnym i coraz częściej stosowanym rozwiązaniem architektonicznym, które zapewnia pełen dostęp światła dziennego
do wnętrz. Jednocześnie przeszklenia te tworzą specyficzne warunki w zakresie utrzymania
w budynkach komfortu cieplnego oraz doboru urządzeń grzewczych i klimatyzacyjnych.
P
rojektanci i architekci nieustannie mierzą się
z wyzwaniem, jakim jest ogrzewanie i klimatyzowanie pomieszczeń o przeszklonej fasadzie. Dobór odpowiednich parametrów w tym
zakresie wynika głównie z kryterium energooszczędności i sprowadza się do zapewnienia
zerowego bilansu energetycznego przegrody
w zakładanym czasie, najczęściej podczas jednej doby. Innym ważnym kryterium jest jednak
zapewnienie użytkownikom pomieszczeń optymalnych parametrów środowiska wewnętrznego przez naturalne lub sztuczne systemy energetyczne.
Komfort cieplny a konwekcja
zimnego powietrza
Stosowanie ścian o dużym współczynniku przeszklenia wiąże się z pewnymi konsekwencjami, które należy przewidzieć dobierając system
technicznego wyposażenia budynku. Nawet jeśli
kwestię zapotrzebowania na ciepło w danym
pomieszczeniu z przeszkloną fasadą można
by było rozwiązać w stosunkowo prosty sposób,
to problem intensywnych ruchów konwekcyjnych zimnego powietrza w kierunku podłogi
(rys. 1, 2) może sprawę skomplikować. Opadanie
powietrza wywołane jest lokalnym jego ochłodzeniem w wyniku kontaktu z zimną powierzchnią przeszkloną (o mniejszym współczynniku
izolacyjności niż klasyczna przegroda budowlana).
!
Montaż tradycyjnych systemów grzewczych w budynkach o przeszklonej fasadzie często jest zbyt kosztowny i niepożądany ze względów estetycznych. Należy zatem
znaleźć bardziej ekonomiczny system grzewczy, który dodatkowo będzie dyskretny, skutecznie ochroni przed zimnym powietrzem
i w znacznym stopniu zapobiegnie zaparowywaniu szyb.
Powierzchnie przeszklone do 3,5 m
Do ekranowania zimnego powietrza w przypadku powierzchni przeszklonych o wysokości
do 3,5 m za wystarczające rozwiązanie można
uznać system podłogowych grzejników kanałowych. Kanały grzewcze powinny być zamontowane w miejscu optymalnym z punktu widzenia
techniki grzewczej, bezpośrednio przed zimnymi
powierzchniami okien.
Oprócz ekranowania zimnego powietrza takie
grzejniki będą pokrywać zapotrzebowanie
na ciepło resztkowe. Po dopasowaniu ich mocy
do zapotrzebowania na ciepło, czyli określeniu
odpowiedniej długości, szerokości i wysokości,
oraz wybraniu sposobu ogrzewania (konwekcja naturalna bądź wymuszona pracą wentylatora poprzecznego) mogą one również służyć
do ogrzewania całego pomieszczenia.
Takie rozwiązanie wykorzystano np. w budynku Muzeum Sztuki Współczesnej w Krakowie
MOCAK (rys. 3 i 4).
1, 2. Wizualizacja przepływu strumieni powietrza w pomieszczeniu ze szklaną fasadą. Rozchodzeniu się strumienia zimnego powietrza mogą zapobiec grzejniki kanałowe wbudowane w podłogę
przed przeszkleniem
38 Polski Instalator 2/2015
INSTALACJE GRZEWCZE
3, 4. System ogrzewania podłogowego w Muzeum Sztuki Współczesnej w Krakowie MOCAK. System ogrzewania podłogowego zastosowany w korytarzu przylegającym do szklanej fasady zapewnia
optymalny przepływ konwekcyjny powietrza grzewczego, stanowiąc jedyne źródło ogrzewania. Jednocześnie jest niewidoczny z zewnątrz
5, 6. Zastosowanie fasadowego systemu grzewczego SlimKon w budynku Biblioteki Uniwersytetu Warszawskiego jako uzupełniającego ogrzewanie grzejnikami kanałowymi
Powierzchnie przeszklone
powyżej 3,5 m
Jeżeli wysokość powierzchni przeszklonych przekracza 3,5 m, system kanałowych grzejników podłogowych jest niewystarczający – nie zapewnia
pełnego ekranowania zimnych powierzchni. Rozwiązaniem uzupełniającym może być wówczas
fasadowy system grzewczy montowany na poziomej stolarce okiennej. Dzięki jego zastosowaniu
ciepły, konwekcyjny strumień powietrza będzie
kompensować opadający zimny strumień przy
szybie. Kompensacja taka zmniejsza konwekcyjną
wymianę ciepła z otoczeniem, czyli działa energooszczędnie. Fasadowy system grzewczy został
zamontowany np. w budynku Biblioteki Uniwersytetu Warszawskiego (rys. 5, 6).
Estetyka i wytrzymałość
Systemy podłogowe niezależnie od ich wyposażenia i funkcji, jaką mają spełniać (grzanie, chło-
www.polskiinstalator.com.pl
dzenie, wentylacja, integracja innych elementów
wyposażenia budynku), można tak dobrać, aby
swoim kształtem oraz kolorystyką wpisywały się
w otoczenie, a nawet były prawie niezauważalne.
W budynku Asseco w Warszawie kanałowe grzejniki podłogowe ulokowano np. między słupami,
przy czym kratka maskująca kanał ma ten sam
kolor, co fasada (rys. 7, 8).
Wybór kolorystyki kratki maskującej jest właściwie nieograniczony. Dostępne są wszystkie
kolory z palety RAL, ewentualnie różne kolory
eloksowanego aluminium.
Ponieważ kanałowe grzejniki podłogowe montowane są zwykle w miejscach ciągów komunikacyjnych, kratki maskujące, będące jedynym
widocznym elementem zamontowanego urządzenia, muszą mieć odpowiednią wytrzymałość
na obciążenia. Standardowo wynosi ona ponad
100 kg dla kratki aluminiowej, przy obciążeniu punktowym na jej środku. To bardzo duża
wartość, ale jeśli jest niewystarczająca, można
wybrać kratki wzmocnione lub z innych materiałów niż aluminium, np. ze stali nierdzewnej V4A
o wytrzymałości punktowej ponad 400 kg.
Ograniczona powierzchnia
Moc grzewcza systemu kanałowego z konwekcją
wymuszoną wynosi dla parametrów 75/65/20°C
do 5,5 kW/mb, natomiast dla trybu chłodniczego
wprowadzana do pomieszczenia moc chłodnicza zoptymalizowanego pod względem strumienia przepływu powietrza (rys. 9, 10) wynosi dla
parametrów 6/12/26°C około 1,4 kW/mb. Jeżeli
np. ze względu na brak miejsca nie jest możliwe zintegrowanie w podłodze wymaganego
dla budynku systemu grzewczego, przy dużych
przeszkleniach można zastosować konwektory
kołpakowe. Istotne jest bowiem, aby grzejniki
nie cechowały się radiacyjnym przekazem ciepła i były w niemal 100% konwekcyjne. Elementy radiacyjne umieszczone przy przeszklonej
39
INSTALACJE GRZEWCZE
7, 8. Budynek biurowy Asseco w Warszawie. Przy dużych przeszkleniach zastosowano dopasowany do stolarki okiennej grzewczy system podłogowy
9, 10. Porównanie profili przepływu powietrza systemu podpodłogowego w trybie chłodzenia: z wylotem powietrza niezoptymalizowanym pod względem krótkiego spięcia oraz z wylotem powietrza zoptymalizowanym pod względem krótkiego spięcia
11, 12. Ogrzewanie korytarzy w hotelu Spa Aquarius w Kołobrzegu: przy przeszklonej fasadzie konwektory kołpakowe oraz
konwektory kanałowe montowane w podłodze
40 fasadzie (transparentnej) oddają część ciepła
bezpośrednio na zewnątrz.
Konwektory kołpakowe zasadniczo pracują
w podobnych warunkach jak konwektory kanałowe, czyli na tych samych parametrach wody
grzewczej i nadają się do systemów niskotemperaturowych. Wybór ich wymiarów jest przy
tym bardzo duży, ponadto producenci wykonują modele na specjalne zamówienie, dokładnie
dopasowane pod względem długości i wysokości do konkretnych przeszkleń. Atutem jest również to, że grzejniki kołpakowe są zdecydowanie
tańsze od konwektorów kanałowych (brak kratki
maskującej z drogiego metalu kolorowego), mankamentem – że zmniejszają powierzchnię użytkową przy fasadzie i wizualnie są mniej atrakcyjne.
Przy wykorzystaniu zarówno grzejników podłogowych konwektorowych, jak i konwektorów
Polski Instalator 2/2015
INSTALACJE GRZEWCZE
13, 14. Ogrzewanie podłogowe w Galerii MCK w Krakowie. Dzięki tak rozwiązanemu systemowi odbiorników ciepła, nie pomniejszono powierzchni wystawowej i zachowano dowolność kreowania
przestrzeni ekspozycyjnej
kołpakowych rozwiązany został np. system
ogrzewania korytarzy w Hotelu Spa Aquarius
w Kołobrzegu (rys. 11, 12).
Otwarta, duża przestrzeń
Także we wnętrzach o otwartej przestrzeni i podwyższonej wysokości ulokowanie technicznego
wyposażenia budynku w taki sposób, aby stało
się ono możliwie niewidoczne, architektonicznie neutralne i nie pomniejszało powierzchni
użytkowej, bywa sporym wyzwaniem dla inżynierów. Miejscem, w którym można zintegrować
wyposażenie techniczne, często jest podłoga.
Przykładem tak rozwiązanego systemu grzewczego jest ogrzewanie podłogowe w Galerii
MCK w Krakowie, która powstała w kamienicy
poddanej modernizacji (rys. 13, 14). Rozmieszczenie kanałów grzewczych wynikało z istniejących uwarunkowań konstrukcyjnych budynku,
w które należało się wpisać.
Ogrzewanie w podwyższeniu
Umiejętność integracji systemów wyposażenia technicznego budynku oraz wpisania go
w architekturę wnętrz i konstrukcję budynku
w dużej mierze zależy od świadomości architektów oraz wczesnego zaangażowania w prace
projektowe inżynierów branżowych. Dość częstym zabiegiem jest np. lokowanie systemu podłogowego w stopniu (podwyższeniu). Na takie
rozwiązanie zdecydowali się projektanci budynku apartamentowego w Krakowie, przy ul. Miodowej (rys. 15, 16). Podwyższenie wraz z kanałem
grzewczym znajduje się przy szklanej fasadzie.
Wykonanie grzejników kanałowych w podwyższeniu może mieć na celu zwiększenie wysokości kanałów grzewczych i samych grzejników, a tym samym ich mocy, aby dostosować
ją do zapotrzebowania. Rozwiązanie to stosuje
się również wtedy, gdy nie ma możliwości montażu kanału w posadzce (za płytka posadzka, ele-
menty konstrukcyjne w posadzce etc., rys. 18).
Wykonanie kanału w podwyższeniu nie jest
skomplikowane – stosuje się standardowy system montażowy, ale wykonanie stopnia zależy
od indywidualnego projektu. Obudowa kanałów
i kratki maskujące mogą być wykonane z blachy
malowanej na dowolny kolor z palety RAL.
Ukształtowanie fasad
i różnorodność form
Możliwości dopasowania kanałowych, podłogowych systemów HVAC do architektury budynku
są ogromne, a przykłady prezentowane na rys.
19-22, ilustrujące różnorodność form geometrycznych, materiałów, kolorystyki i rozwiązań
montażowych, to jedynie niewielka część oferty
w tym zakresie. Sam montaż kanałów, urządzeń
grzewczych i elementów maskujących jest stosunkowo prosty, natomiast ogromne znaczenie ma dokładne wymierzenie i zwymiarowanie
15, 16. Zabudowa grzejnika kanałowego w podwyższeniu wzdłuż przeszklonej elewacji. Apartamentowiec przy ul. Miodowej w Krakowie
www.polskiinstalator.com.pl
41
INSTALACJE GRZEWCZE
17, 18. System grzejników kanałowych, podłogowych do montażu nad posadzką – rozwiązanie
stosowane np. gdy nie ma możliwości umieszczenia kanałów w podłodze
miejsca montażowego. Z doświadczenia polecam korzystanie z rysunków wykonawczych
dostawców fasady. Najdokładniej odzwierciedlają one ogólną sytuację i detale wymiarowe
w budynku.
Przykłady przedstawione w artykule to realne
rozwiązania systemu grzewczego, ewentualnie
grzewczo-chłodzącego, w budynkach użytkowanych w Polsce. Jak widać, możliwości inte-
gracji podłogowych, kanałowych systemów
HVAC z architekturą, konstrukcją i wyposażeniem budynku są obecnie bardzo duże. Jednak
podczas projektowania zawsze należy pamiętać, że zadaniem nadrzędnym wobec estetyki i pomysłowości rozwiązania jest stworzenie
odpowiedniego środowiska wewnętrznego
w budynku w zakresie warunków komfortu i właśnie to zadanie najpierw musi być spełnione. ■
Literatura:
[1] PN-EN ISO 15251:2007, „Kryteria środowiska wewnętrznego,
obejmujące warunki cieplne, jakość powietrza wewnętrznego,
oświetlenie i hałas”
[2] Materiały i zdjęcia z archiwum firmy Kampmann
O AUTORZE
dr inż. Maciej Danielak,
autor niezależny
19-22. Możliwości w zakresie integracji systemów
kanałowego ogrzewania
podłogowego z architekturą
budynku oraz wykończeniem
wnętrz – różnorodność form
geometrycznych, materiałów,
kolorystyki i rozwiązań
montażowych. Kluczem
do sukcesu jest dokładne
zwymiarowanie miejsc
montażowych
42 Polski Instalator 2/2015