Tu jesteś:
| Ogrzewanie sufitowe - historia i dzień dzisiejszy |
Ogrzewanie sufitoweNa początku XX wieku, gdy centralne ogrzewania znajdowały szersze zastosowanie, zwrócono uwagę na gorsze samopoczucie osób przebywających w pomieszczeniach z grzejnikami i korzystny wpływ ciepła przekazywanego przez piece na drodze promieniowania. Gorsze samopoczucie w pomieszczeniach z centralnym ogrzewaniem przypisywano przypiekaniu kurzu. Dla uniknięcia tego zjawiska już przed pierwszą wojną światową pojawiły się pierwsze ogrzewania płaszczyznowe. Były to ogrzewania sufitowe, gdzie udział ciepła przekazywanego w nich na drodze promieniowania był największy, a udział konwekcji najmniejszy.Charakterystyczne było to, że w pierwszym okresie dużo mniejszym zainteresowaniem cieszyły się ogrzewania ścienne i podłogowe, pomimo znacznie łatwiejszej realizacji. Do Polski ogrzewania sufitowe trafiły w latach trzydziestych ubiegłego stulecia. Opierano się głównie na doświadczeniach firmy „Crittal”. Zrealizowano kilka instalacji, wśród których należy wymienić: Muzeum w Katowicach, część Muzeum Narodowego w Krakowie, część Izby Przemysłowo Handlowej w Warszawie. Wykonano również ogrzewanie sufitowe w budynkach mieszkalnych Towarzystwa Kredytowego Miejskiego w Warszawie przy Placu Unii Lubelskiej. Budynki te w formie niezabezpieczonego szkieletu przetrwały wojnę Dopiero na początku lat pięćdziesiątych przystąpiono do ich wykończenia, wykorzystując zabetonowane wężownice. Po II wojnie wśród dużych zrealizowanych obiektów można wymienić : Dom PZPR na rogu Nowego Światu i Alei Jerozolimskich, gmach GUS w Alei Niepodległości; budynki Akademii Medycznej w Lublinie, biurowiec Izby Kontroli i Biur Projektów między Marszałkowską a Parkingową. Istniały dwie szkoły układania wężownic grzejnych: 1/ prof. Mieczysława Nierojewskiego oparta na doświadczeniach angielskiej f-my „Crittal”, gdzie elementy grzejne były wężownicami a drożność ich była sprawdzana przepuszczaniem kulki, 2/ prof. Józefa Kozierskiego, gdzie elementy grzejne były w postaci drabinek. Prof. Józef Kozierski był autorem rozwiązań w budynkach PZPR oraz GUS, w którym rury grzejne wykorzystano jako zbrojenia słupów. W oparciu o założenia prof. Nierojewskiego realizowano ogrzewanie sufitowe w Akademii Medycznej w Lublinie (dr. Piotr Okoń obecnie profesor). Dziś po 50 letniej eksploatacji można stwierdzić, ze instalacje w tych budynkach dobrze zdały egzamin. Wprawdzie w budynkach TKM w ostatnich latach wystąpiły kłopoty z korozją, ale przyczyn należy szukać w dziesięcioletnim (1939-49) przestoju budynku w stanie surowym niezabezpieczonym. Układy drabinkowe w gmachach PZPR i GUS, pomimo trudności w sprawdzeniu drożności grzejników w trakcie budowy, nie sprawiały w eksploatacji kłopotów. Jedyną instalacją, która nie zdała egzaminu, w głównej mierze ze względu na złą eksploatację, było ogrzewanie w biurowcu na Marszałkowskiej. Użytkownicy budynku, ze względu na zbyt wysoką temperaturę sufitu pracowali w papierowych czapkach na głowie i narzekali na niewłaściwy mikroklimat pomieszczeń. Instalacje realizowane w Polsce były wykonywane najbardziej tradycyjną metodą: na szczelnym deskowaniu układano wężownice (lub drabinki ) z rur stalowych o średnicy ˝ cala, sprawdzone na szczelność i drożność, następnie układano elementy konstrukcyjne stropu i całość zalewano betonem. Grubość płyty betonowej pod rurami była niewielka, zwykle około 2-3 cm, co nie sprzyjało wyrównaniu temperatur na powierzchni sufitu i zmuszało do zmniejszania odstępu między rurami i ograniczenia temperatury wody grzejnej. Szereg firm zachodnich opatentowało rozwiązania, wprowadzające blachy stalowe lub aluminiowe jako żebra rozprowadzające ciepło, lub umieszczając rury w przestrzeni powietrznej albo ogrzewając sufit powietrzem w kanałach pod tynkowych. Oczywiście rozwiązania te były kłopotliwe, gdyż podwieszanie elementów jest zawsze trudniejsze niż ich ustawianie. Wybór ogrzewań sufitowych był uzasadniony tym, że spośród ogrzewań płaszczyznowych, ogrzewania sufitowe zapewniają największy udział ciepła przekazywanego na drodze promieniowania. Badania higienistów, fizjologów i ogrzewników prowadzone w latach 60-tych i 70 tych naszego stulecia, a w szczególności: Heida, Hottingera, Kolmara, Kalousa, Liesego, Bradtkego, Gonzenbacha, Fangera, Rydberga, Hubera i wielu innych pozwoliły na wyjaśnienie wielu czynników określających mikroklimat pomieszczeń ogrzewanych przez promieniowanie, komfort cieplny oraz wydajności cieplne płaszczyzn grzejnych. Powstało wiele zależności matematycznych określających wydajność cieplną poczynając od wzorów Heida-Kollmara, Kalousa, Rydberga-Hubera, po przez teorię prof. Kozierskiego opartą na analogji pola cieplnego z polem elektromagnetycznym oraz prof. Wasilewskiego (metoda trapezów). Wyniki obliczeń prowadzonych różnymi metodami zależą od przyjętych założeń. W praktyce, uwzględniając rozbieżności w technologii wykonania, zmienność temperatur w poszczególnych dniach i godzinach oraz bezwładność budynków i instalacji, różnice w wynikach nie mają znaczenia. Dawniej dążono do metod najprostszych, obecnie przy stosowaniu komputerów i ten czynnik przestał odgrywać rolę. Wyniki badań oraz rozważań teoretycznych pozwalają na zrozumienie przyczyn, dla których ogrzewania sufitowe w pierwszym okresie były bardziej rozpowszechnione niż podłogowe czy ścienne. Sufit był powierzchnią nie użytkową najmniej narażoną na ewentualne zmiany w zagospodarowaniu pomieszczenia. Cała powierzchnia sufitu była do wykorzystania. Udział konwekcji w oddawaniu ciepła był najmniejszy. W ogrzewaniach podłogowych obawiano się dywanów, czy mebli o dużych powierzchniach jak np. tapczanów lub łóżek. To samo dotyczyło ogrzewań ściennych, w których zastawienie ściany szafą czy dużą biblioteką ograniczało znacznie ilość ciepła przekazywaną do pomieszczenia. Badania wykazały, że o ile wysokość nóżek przekracza 5-10 cm, to wpływ ten jest niewielki. To samo dotyczy odległości mebli od ścian. Oczywiście duże dywany muszą być uwzględnione w obliczeniach, lub w przepływach wody przy regulacji. Udział konwekcji rzutuje na globalną wydajność cieplną powierzchni i pośrednio na temperaturę tej powierzchni. Jeżeli przyjmiemy, że w warunkach średnich sezonu grzewczego temperatura podłogi wynosi 25°, to przy tej samej temperaturze sufitu powierzchnia grzejna musiałaby być oprawie 60% większa. Jeżeli dopuścilibyśmy dla sufitu temperaturę 35°, to powierzchnia grzejna i tak byłaby o 40% większa. Podwyższanie temperatury powierzchni sufitu jest możliwe tylko w pomieszczeniach odpowiednio wysokich. Podwyższanie temperatury powierzchni sufitu, wymaga wyższej temperatury czynnika grzejnego. Wyższa temperatura czynnika grzejnego, to zmniejszanie sprawności kotłów, (szczególnie kondensacyjnych), pomp ciepła, względnie zmniejszanie możliwości wykorzystania energii promieniowania słonecznego. Na podstawie badań fizjologów i higienistów trudno ustalić jednoznacznie dopuszczalną temperaturę powierzchni sufitu grzejnego. Poza wysokością pomieszczenia istotne znaczenie ma współczynnik kątowy promieniowania. Dla pomieszczeń typy biurowego czy mieszkalnego, w których powierzchnia grzejna zajmuje prawie cały sufit, dopuszczając w warunkach ekstremalnych (kilka dni w roku) przekroczenie o 5K temperatur zalecanych przez fizjologów temperatura sufitu w pomieszczeniu o wysokości 3 m wynosi 30°, a dla wysokości pomieszczenia 4 m - 35°. Oznacza to, że strumień ciepła nie powinien przekraczać w pierwszym przypadku 65 W, a w drugim 100 W. Spełnienie tego warunku w budownictwie lat 50-tych do 80-tych nie było możliwe. Jakkolwiek ogrzewanie sufitowe zapewnia najlepsze warunki higieniczne w pomieszczeniach, Ministerstwo Zdrowia zabroniło w latach sześćdziesiątych stosowania ogrzewań sufitowych w obiektach służby zdrowia. Po roku 1990 nastąpiły zasadnicze zmiany. Z jednej strony znacznie poprawiono izolacyjność budynków, więc zapotrzebowanie na ciepło spadło o ca 30%, a z drugiej strony ukazały się nowe materiały na przewody w postaci rur miedzianych w kręgach oraz rur z tworzyw sztucznych.. Dostarczane przez producentów rury w kręgach wyeliminowały kłopotliwe gięcie, spawanie i sprawdzanie wężownic. Badania mikroklimatu wykazały, że przy ogrzewaniach płaszczyznowych temperatura komfortu cieplnego jest niższa niż przy ogrzewaniach konwekcyjnych. Dla ogrzewań sufitowych wynosi ona 18°C, a dla ogrzewań podłogowych i ściennych 17°C Wynika z tego, że zapotrzebowanie na ciepło przy ogrzewaniach sufitowych jest o 10% mniejsze niż przy konwekcyjnych, a przy ogrzewaniach podłogowych i ściennych o 15% mniejsze niż obliczone wg obowiązujących norm. Ma to duży wpływ na koszty eksploatacji instalacji. Nowe materiały pozwalają na wprowadzanie nowych technologii wykonania. Stosowane najczęściej rury stalowe o średnicy ˝ ” miały średnicę zewnętrzną 21,3 mm, ciężar 1,22 kg/m, i pojemność wodną 0,19 l/m. Rury . z polibutylenu o wymiarach 16/14 mają średnicę zewnętrzną 16 mm ciężar 0,07 kg/m, pojemność wodna 0,102 l/m Tak więc ciężar 1 m rury stalowej z wodą wynosił 1,41 kg, a rury polibutylenowej O,172 kg. Jest więc ponad 8 krotnie mniejszy. Dziś ogrzewania sufitowego nie wykonuje się już przez układanie wężownicy na deskowaniu, lecz przez umieszczanie wężownicy w warstwie tynku wzmocnionego siatką tworzywową i przykryciem płytą gipsowo kartonową. Obecnie w budynkach dobrze izolowanych, zapotrzebowanie na ciepło w pomieszczeniach nie przekracza 100 W/m 2.. Jeżeli odrzucimy warunki ekstremalne, zapotrzebowanie na ciepło wyniesie około 60 W/m 2 Przy całkowitym współczynniku przejmowania ciepła 5,6, różnica temperatur między powierzchnią sufitu i powietrzem wyniesie 10,7 K, a temperatura sufitu wyniesie 18 + 10,7 = 28,7°. Jest to temperatura dopuszczalna przy wysokości pomieszczenia 3 m. O ile od lat osiemdziesiątych obserwuje się znaczny wzrost stosowania ogrzewań podłogowych na Zachodzie Europy, a w Polsce umiarkowany wzrost od połowy lat dziewięćdziesiątych, to nie obserwuje się wzrostu stosowania ogrzewań sufitowych. W ostatnim pięcioleciu na Zachodzie reklamuje się szereg systemów ogrzewań ściennych. Wywołały one i u nas zainteresowanie tym systemem i należy spodziewać się kilku realizacji. Należy pamiętać o oszczędności energii w sezonie ogrzewczym, jakie zapewniają ogrzewania płaszczyznowe :
Wydajność cieplna z 1kg stali w grzejnikach płytowych w warunkach ekstremalnych wynosi około 75 W/kg. a przy podwyższonym komforcie cieplnym, to znaczy przy czynniku grzejnym nie przekraczającym średniej temperatury 50°C spada poniżej 40 W/kg. Taką samą wydajność otrzymujemy z 1 kg rur tworzywowych w ogrzewaniach płaszczyznowych. Względy higieniczne, użytkowe, estetyczne, a przede wszystkim ekonomiczne przemawiają za coraz śmielszym odchodzeniem od ogrzewań grzejnikowych na rzecz ogrzewań płaszczyznowych. Przemysł grzejników wytworzył wielkie lobby dla stosowania tradycyjnych grzejników, od którego najwyższy czas odejść.. .
|
