Ogrzewanie ścienne

Ogrzewanie ścienne
Tradycyjne systemy centralnego ogrzewania powodują podgrzewanie powietrza i przez to powstawanie cyrkulacji powietrza. Przeprowadzone badania poczucia ciepła wykazały, że ważniejszym czynnikiem od temperatury powietrza jest odczucie promieniowania ciepła. Ogrzana powierzchnia ścian wypromieniowuje ciepło, zapewniając komfort osobom przebywającym w tak ogrzewanym pomieszczeniu, przy temperaturze powietrza obniżonej o 2-3°C w porównaniu do systemu tradycyjnego. 
Systemy ogrzewania podłogowego mogą oddać nie więcej niż 80-100 W/m2, ponieważ temperatura podłogi z powodów zdrowotnych nie powinna przekraczać 29°C. Przy ogrzewaniu ściennym w systemie rurowym o zewnętrznej średnicy 6 mm cyrkuluje ciepła woda o temperaturze 40-45°C, dlatego temperatura powierzchni ściany osiąga 38-40°C. System ogrzewania ściennego zapewnia oddanie ciepła o wartości 200-240 W/m2. System można zastosować również jako ogrzewanie sufitowe lub podłogowe. Za pomocą ogrzewania ściennego można obniżać temperaturę, co daje od 12-15% oszczędności energii. Ponieważ temperatura pomieszczenia w poziomie jest bardziej wyrównana, niż w przypadku konwekcyjnych sposobów ogrzewania, dalsza oszczędność wynosi od 5-8%. Znacznie szybsza regulacja w porównaniu z ogrzewaniem podłogowym pozwala na średnią oszczędność ok. 5%. Mimo strat ciepła na zewnątrz (ok. 10 W/m2 więcej straty na powierzchni ściany ogrzewanej), do ogrzewania pomieszczeń tym systemem zużycie energii jest mniejsze. Walorem ogrzewania ściennego jest szybkość jego regulacji. Dzieje się tak dzięki temu, że w systemie rur o małej średnicy wewnętrznej cyrkuluje mniejsza ilość ciepłej wody niż w tradycyjnym systemie grzewczym; czas podgrzania jest krótki. Promieniujące ciepło możemy odczuć bardzo szybko z rur pokrytych 2-7 mm tynkiem. 
Zaletą ogrzewania ściennego jest także to, że rury (przy pomocy szyn mocujących) po przymocowywaniu do ścian i otynkowaniu są zupełnie niewidoczne. Nie zajmują miejsca w pomieszczeniach i nie psują ich estetyki. Niższa temperatura pomieszczeń oddziałuje pozytywnie na wegetatywny system nerwowy, człowiek zyskuje lepsze samopoczucie. System jest korzystny dla alergików ponieważ przy braku cyrkulacji powietrza ograniczone jest powstawanie kurzu. Latem system można zastosować do chłodzenia pomieszczeń. Działanie systemu chłodzącego jest identyczne jak grzewczego, z tym że temperatura wody zasilającej wynosi 14-16°C. W ten sposób bez przeciągów i kurzu można uzyskać optymalną temperaturę pomieszczeń. Dzięki promieniowaniu, odczucie temperatury jest o ok. 2°C niższe niż w rzeczywistości. Wydajność chłodnicza wynosi ok. 80 W/m2. Jest niższa od wydajności grzewczej i dlatego celowe jest umieszczenie registrów na większej powierzchni (suficie), gdzie chłodzenie jest najbardziej skuteczne. Ponowne schłodzenie wody odbywa się w maszynie chłodniczej lub przy pomocy energii naturalnej. W ostatnim czasie szybko rośnie zainteresowanie innymi niż tradycyjne (konwekcyjne - grzejnikowe) sposobami ogrzewania budynków. Doskonałą alternatywą jest ogrzewanie ścienne. W tym przypadku większość strumienia ciepła (90%) przekazywana jest do pomieszczenia na drodze promieniowania, a nie konwekcji. Z tego względu ogrzewanie ścienne (a także podłogowe) jest najbardziej zbliżone do optymalnego. Profil rozkładu temperatury pokazuje, że nie ma gradientu temperatury wraz z wysokością w pomieszczeniu. Wywiera to pozytywny wpływ na komfort cieplny, co powoduje, że całkowity poziom temperatury może zostać obniżony o 1 do 3 oC, a to z kolei pociąga za sobą obniżenie kosztów ogrzewania. Komfort jaki daje ogrzewanie ścienne można porównać, do tego jaki odczuwamy przebywając na nasłonecznionym tarasie lub stoku w słoneczny, wiosenny dzień. Mimo, że temperatura powietrza wynosi np. 5 oC, to odczuwamy przyjemne ciepło w skutek działania bezpośredniego i odbitego od powierzchni promieniowania słonecznego.

Instalacja ogrzewania ściennego
Wodne ogrzewanie ścienne wykonuje się bardzo podobnie do ogrzewania podłogowego (wodnego). Ogrzewana jest przeważnie zimna ściana zewnętrzna, której współczynnik przenikania ciepła k powinien odpowiadać obowiązującym normom (k=0,3 W/m2K). Jeżeli tak nie jest konieczna jest dodatkowa izolacja termiczna. Rury mocuje się na ścianie za pomocą odpowiednich elementów mocujących - listwy, haki dyblowe. W tego typu instalacjach, ze względu na łatwość układania, najlepiej sprawdzają się rury z tworzywa sztucznego - muszą one być szczelne, wyposażone np. w anty dyfuzyjną wkładkę aluminiową, w przeciwnym wypadku tlen, który dostanie się do ich wnętrza spowoduje korozję metalowych elementów instalacji. Instalacje wodnego ogrzewania ściennego układa się w odstępach 10-20 cm. Rurę zasilającą prowadzi się od dołu ku górze ściany w formie wężownicy. Po ułożeniu przewodów w ścianie pokrywa się je tynkiem o grubości ok. 2 cm, minimum 1 cm od górnej powierzchni rur.
Tynkowanie instalacji ogrzewania ściennego
Tynki stosowane przy ogrzewaniu ściennym muszą gwarantować dobrą przewodność cieplną, którą osiąga się przez wysoką gęstość tynku po wyschnięciu. Odpowiednie do ogrzewania ściennego są tynki zawierające jako środek wiążący: gips, gips/wapno, wapno, wapno/cement lub cement. Temperatura zasilania , przy tynkach zawierających gips, nie powinna przekraczać 45 OC. Dla zmniejszenia ryzyka rys i pęknięć wymagana jest siatka zbrojeniowa przy nakładaniu tynku. W przypadku tynków gipsowych stosuje się siatkę tekstylną o oczkach 7x7 mm nakładana metodą na mokro, przy stosowaniu dwuwarstwowego tynku należy stosować siatkę o oczkach 4x4 mm. Przy ścianach dłuższych niż 10 m, z powodu termicznych zmian długości należy zaplanować dylatacje. Rozdzielacz ogrzewania ściennego.

Rozdzielacz ogrzewania ściennego
Sercem instalacji ogrzewania ściennego jest rozdzielacz, który stanowi centralę regulacyjną dla wszystkich pętli (pomieszczeń) ogrzewania ściennego na danej kondygnacji. Segment zasilający powinien być wyposażony w zawory termostatyczne umożliwiające zamontowanie siłowników termicznych bez konieczności opróżniania zładu. Termostaty pokojowe umieszcza się na ścianie nie ogrzewanej na wysokości 150 cm od podłogi. Umożliwiają one utrzymywanie zaprogramowanej temperatury. Można ustalić stałą temperaturę przez 24 h każdego dnia lub różną temperaturę w dowolnych porach dla każdego dnia osobno poprzez tzw. regulator tygodniowy. Segment powrotny rozdzielacza, w celu regulacji hydraulicznej pętli, powinien być wyposażony w przepływomierz oraz zawór regulacyjny. Układ przepływomierz-zawór regulacyjny spełnia taką rolę, jak nastawa wstępna przy termostatycznym zaworze grzejnikowym. Rozdzielacze mogą być od dwóch do dwunastu sekcji (2-12 pętli rurociągów grzejnych).

Wydajność ogrzewania ściennego
Wydajność ogrzewania ściennego uzależniona jest od temperatury zasilania i modułu ułożenia pętli w ścianie. Średnia temperatura czynnika grzewczego w instalacji od 35 oC do 55 oC. Optymalne parametry pracy instalacji uzyskuje się przy tz=45oC, tp=35oC (tśr=40oC), wówczas wydajność wynosi 110 W z m2 powierzchni ściany przy ułożeniu rur co 20 cm, zaś przy module ułożenia średnio co 10 cm wzrasta do 150 W/m2. Temperatura ściany przy tych parametrach pracy osiąga 30 do 33 oC, co stwarza warunki komfortu cieplnego w pomieszczeniu. Maksymalna wydajność ogrzewania ściennego 250 W/m2 osiągana jest przy średniej temperaturze wody grzewczej tśr=55 oC. Temperatura powierzchni ściany wynosi 42 oC. Przy instalacji o wyższych parametrach należy szczególną uwagę zwrócić na tynkowanie - nie stosować tynków zawierających gips. Nie zaleca się projektowania instalacji na ciągłą pracę przy temperaturze zasilania powyżej 50 oC. Korzyści wynikające z zastosowania ogrzewania ściennego. W pomieszczeniach ogrzewanych przez grzejniki, gdzie temperatura zasilania wynosi nawet 90 oC obserwuje się następujące niekorzystne zjawiska: wibracja kurzu i alergenów w pomieszczeniu, nieprzyjemne odczuwane ruchów powietrza, nieprzyjazny klimat dla alergików, niekorzystna jonizacja powietrza. 
W porównaniu z tradycyjną instalacją grzejnikową, ogrzewanie powierzchniowe ścienne, posiada szereg zalet, a najważniejsze z nich to: lepszy komfort cieplny dla użytkownika przy niższej temperaturze wewnętrznej, niezbyt wysoka temperatura powierzchni grzejnych (ok. 30 oC) - nie odczuwa się dyskomfortu cieplnego typowego dla punktowych systemów grzewczych, brak zjawiska wysuszania powietrza i korzystna jonizacja, łatwość utrzymania czystości - nie ma unoszenia powietrza, a co za tym idzie kurzu, spore oszczędności energetyczne, estetyka wnętrz - grzejnik rzadko jest ładny i nie stanowi elementu dekoracyjnego. Ponadto niskotemperaturowe ogrzewanie daje możliwość wykorzystania ekologicznych źródeł energii, np. pomp ciepła lub kolektorów słonecznych. Ogrzewana ściana nie ma tak dużej bezwładności cieplnej, jak płyta ogrzewania podłogowego, w związku z tym nie ma problemów z regulacją temperatury w pomieszczeniu.
Jak każdy system, ogrzewanie ścienne ma też kilka wad: ogrzewana ściana nie może być zasłonięta masywnymi meblami i nie wolno w niej, bez uprzedniego sprawdzenia trasy przebiegu rur w ścianie wiercić otworów i wbijać gwoździ. Niedogodności te można jednak wyeliminować. Sprawdzenia trasy przebiegu rurek dokonuje się przy pomocy folii termo czułej, na której po przyłożeniu do ściany odznaczają się pola wyższych temperatur. Ogrzewanie ścienne może pokrywać całość strat ciepła pomieszczeń lub może działać jako uzupełniające do ogrzewania podłogowego w celu dostarczenia brakującego ciepła. Oprócz budynków mieszkalnych ogrzewanie ścienne bardzo często stosuje się na pływalniach. W tym przypadku powierzchnia podłogi jest zbyt mała, by pokryć całkowite zapotrzebowanie na ciepło. Zdarza się, że w niektórych obiektach ogrzewanie ścienne wykorzystuje się, na przykład w lecie, do chłodzenia pomieszczeń. Za pomocą tego cichego chłodzenia osiąga się wydajności do około 40 W/m2. Przy obliczaniu mocy chłodzenia nie uwzględnia się chłodzenia ścian, ponieważ temperatura ich powierzchni jest niższa od temperatury powietrza w pomieszczeniu.
W ostatnich dziesięcioleciach systemy ogrzewania powierzchniowego są coraz częściej stosowane. W bardzo wielu obiektach budowlanych trudno sobie dziś wyobrazić rezygnację z ogrzewania podłogowego. Logicznym następstwem oprócz podłogi jest ogrzewanie także innych ograniczających powierzchni. Duże szanse rynkowe ma tutaj zwłaszcza ogrzewanie ścienne.
Ogrzewania sufitowe były silnie propagowane zwłaszcza w latach 60. i 70. Systemy te mają jednak tę wadę, że zapewniany przez nie rozkład temperatur w pomieszczeniu nie jest pozytywnie odczuwany przez człowieka, który czuje się dobrze wtedy, gdy podłoga jest ciepła, a temperatura spada w miarę zbliżania się do sufitu. Przy ogrzewaniu sufitowym nie da się tego osiągnąć. By zapewnić optymalny klimat, trzeba by ogrzewać także wszystkie inne powierzchnie ograniczające pomieszczenie. Nie jest to jednak w pełni możliwe, ponieważ muszą być pozostawione wolne miejsca na okna i drzwi.

Kompensacja zwiększonego przepływu ciepła przez izolację
By zapewnić przyjemne odczucie ciepła, temperaturę powierzchni można obniżyć prawie do idealnej wartości 20°C. Gdy są ogrzewane wszystkie ściany i podłoga, z reguły temperatura między 21° a 24°C pokrywa nasze zapotrzebowanie na ciepło. Gdy brak ogrzewania podłogowego, temperaturę powierzchni trzeba odpowiednio podwyższyć, by skompensować straty ciepła przez podłogę. Dlatego ogrzewanie ścienne powinno się umieszczać zwłaszcza na zimnych ścianach, które z reguły są ścianami zewnętrznymi pomieszczenia.
Wskutek ogrzewania ścian zewnętrznych zwiększa się naturalnie także różnica temperatur między powierzchnią przewodów grzejnych a powietrzem zewnętrznym. W normalnie stosowanych temperaturach czynnika grzejnego około 35°C 45°C DT wzrasta o wartość dochodzącą nawet do 25 K. Ten zwiększony przepływ ciepła należy skompensować przez dodatkową izolację cieplną fasady. Można ją umieścić na zewnątrz. Zwraca się jednak uwagę, że masę akumulacyjną stanowi kompletna ściana i w ten sposób znacznie zwiększa się bezwładność całego systemu. Gdy natomiast izolację zamontuje się po stronie wewnętrznej, wtedy niezbędne jest zachowanie odpowiedniej ostrożności. Trzeba sprawdzić, czy wewnątrz konstrukcji ściany nie występuje temperatura punktu rosy, by nie doszło do zawilgocenia muru. Ryzyko to daje się jednak zminimalizować przy odpowiedniej kontroli i właściwym wykonaniu ściany.

Jakie stosować rury?
Ogrzewania ścienne można wykonywać z rur o najróżniejszych materiałach. Jednak w ostatnich latach zaznaczył się jednoznaczny trend w kierunku przechodzenia od rur stalowych i miedzianych do rur z tworzywa sztucznego. Oprócz rur wykonanych głównie z usieciowionego polietylenu, stosuje się także rurowe panele drabinkowe z tworzywa sztucznego, które najczęściej są prefabrykowane i na placu budowy tylko się je zgrzewa. Ponieważ usieciowiony polietylen nie jest zgrzewalny, te prefabrykowane panele są wykonywane z polipropylenu lub podobnych tworzyw sztucznych. Jednak ich trwałość jest mniejsza i występuje groźba pęknięcia przy niskich temperaturach. Jako nowy materiał w ostatnich latach zyskała popularność aluminiowa rura zespolona. Również w niej zastosowano usieciowiony polietylen. Istotną jej zaletą w systemach ogrzewania podłogowego jest stabilność kształtowa. Gdy raz się ją zagnie do odpowiedniego kształtu, już nie sprężynuje. Jest to szczególnie istotne przy układaniu łuków, ponieważ warstwa przykrywająca rury przy ogrzewaniu ściennym jest znacznie cieńsza niż przy ogrzewaniu podłogowym. By utrzymać rury pod tynkiem, trzeba je mocować w wielu punktach. Zastosowanie aluminiowych rur zespolonych znacznie ułatwia montaż.

Budowa ogrzewań ściennych
Podobnie jak ogrzewania podłogowe, także ogrzewania ścienne można podzielić na dwie główne grupy:

Ogrzewania ścienne montowane na mokro
Przy tym sposobie rury bądź rurowe panele drabinkowe montuje się bezpośrednio na ścianie. Po zamocowaniu tak zwanej siatki podkładowej, ścianę można pokryć specjalnym tynkiem. W tej metodzie montażu trzeba uważać, by długości płatów na ścianach nie przekraczały 8 m, gdyż przy braku możliwości wydłużania istnieje duże ryzyko powstawania pęknięć na powierzchni ściany. Zjawisko to jest spotykane w jastrychach podłogowych. Ogrzewanie ścienne montowane na mokro w zasadzie nie różni się od ogrzewania podłogowego tyle tylko, że jest ustawione w pionie. Ponieważ jednak ściany nie pokrywa się płytkami ceramicznymi (oprócz łazienek i kuchni), z reguły można zrezygnować z dodatkowego ogrzewania ścian. W przypadku zastosowania tynków na bazie anhydrytowej, temperatura zasilania ogrzewania ściennego nie może przekraczać 45°C. Wyższe temperatury grożą wydzielaniem się wody krystalizacyjnej z anhydrytu, na czym cierpi wytrzymałość tynku.

Ogrzewania ścienne montowane na sucho
W przypadku ogrzewania ściennego montowanego na sucho nie stosuje się żadnych tynków ani podobnych zapraw. Do wymurowanej ściany przykręca się drewniane kantówki dystansowe, a między nimi umieszcza się specjalne płytki. Do rozprowadzania ciepła służą płytki aluminiowe, w które wciska się rurki grzejne. W ten sposób uzyskuje się równomierną temperaturę powierzchni bez większych wahań. Kompletnie zmontowane ogrzewanie przykrywa się ostatecznie ściennymi płytami budowlanymi. Konstrukcja ta ma tę wielką zaletę, że do budynku nie wprowadza się żadnej wilgoci. Nie jest potrzebne też dodatkowe ogrzewanie ani suszenie. Metoda ta szczególnie nadaje się do domów z elementów prefabrykowanych lub do renowacji bądź przy napiętych terminach, gdyż pozwala na skrócenie czasu budowy.

Zasada działania
W ogrzewaniu ściennym i podłogowym temperatura czynnika grzejnego na zasilaniu jest podobna. W związku z tym regulacja jest praktycznie identyczna. Ponieważ jednak jest to system ogrzewania niskotemperaturowego, zwraca się uwagę, że w razie zastosowania źródła ciepła o wyższej temperaturze zasilania, albo trzeba zamontować specjalny zawór ze zintegrowanym obejściem (zawór typu Splitrange), albo odpowiedni regulator z podwójnym zmieszaniem lub z wtryskiem. W przypadku zastosowania normalnego mieszacza& mogą podobnie jak przy ogrzewaniu podłogowym powstać problemy, ponieważ wtedy albo znacznie spada dokładność regulacji, albo system nie otrzymuje żądanej ilości ciepła.
Poszczególne panele drabinkowe są zasilane przez standardowy rozdzielacz podłogowy. Dzięki temu istnieje możliwość niezależnej regulacji temperatury w poszczególnych pomieszczeniach. W tym celu w każdym pomieszczeniu montuje się mały termostat, który za pomocą elektrycznego napędu nastawczego w rozdzielaczu indywidualnie steruje dopływem ciepła. W celu zwiększenia komfortu można zastosować także termostaty zegarowe do niezależnego obniżania temperatury w poszczególnych pomieszczeniach.
Także przy ogrzewaniu ściennym jest konieczna dokładna kompensacja hydrauliczna. I tak każdy rozdzielacz obiegów grzewczych powinien być wyposażony w zawór regulacyjny (na przykład STAD) z króćcem pomiarowym, by obliczone natężenie przepływu można było rzeczywiście nastawić i kontrolować. W celu wzajemnego zrównoważenia poszczególnych paneli drabinkowych, nieodzowny jest rozdzielacz z nastawnymi, precyzyjnymi złączkami przepływu powrotnego.
Musi też istnieć możliwość odpowietrzania każdego obiegu grzewczego. Ponieważ przy ogrzewaniu ściennym nie rozdzielacz stanowi najwyższy punkt instalacji, lecz panel drabinkowy umieszczony tuż pod sufitem, może się w nim gromadzić powietrze. By móc je usuwać, trzeba przewidzieć odpowietrzniki w każdym pomieszczeniu. Można je zamontować na przykład w zwykłych elektrycznych puszkach podtynkowych.

Zakresy zastosowania ogrzewania ściennego
Ogrzewanie ścienne może być wyłączne lub także jako uzupełniające do ogrzewania podłogowego w celu dostarczenia brakującego ciepła. Można sobie na przykład wyobrazić łazienkę z jedną ogrzewaną ścianą, co pokrywa zapotrzebowanie ciepła bez potrzeby montowania grzejnika. W określonych pomieszczeniach jest to niezbędne lub godne zalecenia także ze względów estetycznych. Oprócz budynków mieszkalnych ogrzewanie ścienne bardzo często stosuje się na pływalniach. W tym przypadku powierzchnia podłogi jest zbyt mała, by pokryć całkowite zapotrzebowanie na ciepło.
Inne zalety i wady
Wadą ogrzewania ściennego jest to, że utrudnia ono wieszanie obrazów. Nieostrożnie wbity gwóźdź może sprawić wilgotną niespodziankę. W tym przypadku pomaga zdjęcie gotowego ułożonego ogrzewania ściennego bez płyt okładzinowych lub tynku. Przy projektowaniu trzeba się ponadto zastanowić, gdzie będą później stały meble. Gdy na przykład ogrzewanie ścienne zamocuje się na ścianie, przy której stanie później duży regał z książkami, system nie osiągnie swojej pełnej mocy cieplnej. Trzeba więc z góry ustalić, jakie powierzchnie będą do dyspozycji bez ograniczeń. W tym przypadku moc cieplna musi być dostarczona przez pozostałe wolne powierzchnie. Korzystnie jest, gdy przy ogrzewaniu ściennym temperatury powierzchni nie ograniczy się do maksymalnie 29°C jak przy ogrzewaniu podłogowym ponieważ użytkownik nie znajduje się w stałym kontakcie z powierzchnią ściany. Przy tej samej mocy cieplnej temperatura powierzchni ogrzewanej ściany powinna być nieco wyższa od ogrzewanej podłogi, ponieważ współczynnik przenikania ciepła przez ścianę jest około 10% mniejszy niż przez podłogę. Niestety dla ogrzewania ściennego nie określono jeszcze żadnej znormalizowanej wartości współczynnika przenikania ciepła. Wielu producentów wybiera wartość stosowaną przy obliczaniu ogrzewania podłogowego, która jest o wiele za duża. Teoretycznie prawa fizyki powinny być jednakowe dla wszystkich. Taką radosną twórczość obserwowano także w pierwszych latach zakładania ogrzewań podłogowych, ale potem normy określiły technicznie uzasadnione wartości. Jest nadzieja, że także przy ogrzewaniu podłogowym odpowiednie instytuty normalizacyjne wypracują sobie solidną bazę techniczną i użytkownik końcowy nie poniesie skutków działalności naukowców-amatorów”.

autor: System Gaz (2018)
© Copyright systemgaz.com.pl 2018
wszelkie prawa zastrzeżone, dystrybucja, kopiowanie bez zgody autora zabronione.