Załóż konto na portalu i bezpłatnie pobierz wydanie Rynku Instalacyjnego 7-8/2018

Wpływ pojemności cieplnej budynku na funkcjonowanie ogrzewania podłogowego

The impact of thermal capacity of the object on the efficiency operation of the floor heating
Rys. redakcja RI

Ogrzewanie podłogowe jest rozwiązaniem, które charakteryzuje się wysokim komfortem cieplnym, rozumianym m.in. jako stan zrównoważonego bilansu cieplnego człowieka z otoczeniem. Jednym ze sposobów określenia odczuć ludzi jest wskaźnik PMV, który przewiduje średnią ocenę komfortu przez dużą grupę osób, w siedmiostopniowej skali.

Przeczytaj także:

Nietypowe grzejniki płaszczyznowe

Osoby, które określając swoje odczucia, wybierają wartości –3, –2, +2, +3 w skali PMV, są uważane za niezadowolone z komfortu cieplnego w pomieszczeniu, natomiast wskazujące –1, 0, +1 za zadowolone [1]. Nośnikiem energii cieplnej w systemie ogrzewania podłogowego może być energia elektryczna, gorąca woda lub ogrzane powietrze. W przypadku zastosowania wody jako nośnika ciepła możemy wykorzystywać energię ze źródeł niekonwencjonalnych z racji relatywnie niskich temperatur zasilania wymaganych przez taki system (45–55°C).

Rozwiązanie to ma również wady, najistotniejsze są:

  • większa bezwładność (trudniejsza regulacja),
  • wyższe koszty inwestycyjne
  • i brak możliwości późniejszych zmian powierzchni grzejnych.

Istotnym aspektem w tego typu ogrzewaniu jest akumulacyjność podłogi (kolejność i grubość warstw, rodzaj wykończenia podłogi). Płyta grzewcza jest połączeniem elementu konstrukcyjnego z wyposażeniem instalacyjnym. Każda płyta jest zaprojektowana indywidualnie – dopasowana do zapotrzebowania na moc grzewczą pomieszczenia [2].

Opis procedury badawczej

Metodą badawczą przyjętą w artykule są badania numeryczne z wykorzystaniem programu ESP-r [3]. Obliczenia prowadzone były z godzinowym krokiem czasowym na bazie rzeczywistych danych klimatycznych (Katowice, uśrednione dla okresu 1971–2000). Baza klimatyczna [4] została zaimplementowana do programu ESP-r.

Założenia analiz

W celu określenia komfortu cieplnego posłużono się wskaźnikiem PMV, przyjmując poniższe wielkości opisujące rodzaj ubioru i sposób zachowania się człowieka [1, 3]:

  • aktywność fizyczna: 1,1 met (praca przy komputerze);
  • oporność cieplna odzieży – zima: clo = 0,7 (bielizna, skarpetki, sweter, zwykłe spodnie);
  • prędkość przepływu powietrza: wair = 0,1 m/s.

Projektową temperaturę powietrza w pomieszczeniu w zimie przyjęto jako ti = 20°C. Układ pomiarowo-rozliczeniowy umożliwiający rejestrację zużycia energii elektrycznej przyjęto w podziale na dwie strefy czasowe (dzień i noc) zgodnie z [5].

Analizy obejmowały określenie wpływu przerw w ogrzewaniu budynku zgodnie z dostępnością energii tylko w taryfie nocnej (2200–600, 1300–1500) przy danej grubości płyty grzewczej na komfort cieplny (wskaźnik PMV), temperatury powietrza w pomieszczeniu, obliczeniowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania dla budynku przy zastosowaniu do ogrzewania energii elektrycznej.

Zobacz więcej: Pomysł na łazienkę - poradnik

Przedmiot analiz  i charakterystyka wariantów

Przedmiotem analiz jest budynek jednorodzinny parterowy z poddaszem nieużytkowym (nieogrzewanym), niepodpiwniczony, wykonany w technologii drewnianej szkieletowej lekkiej. Obiekt ten zlokalizowany jest w okolicach Gliwic. Wyposażono go w dwuspadowy dach o kącie nachylenia 40°, pokryty blachą cynkowo-tytanową.

Budynek składa się z pokoju dziennego połączonego z kuchnią, trzech sypialni, dwóch łazienek, gabinetu, kotłowni, przedsionka (część ogrzewana) oraz garażu i pomieszczenia gospodarczego (część nieogrzewana). Na rys. 1 przedstawiono rzut oraz elewację południowo-zachodnią rozpatrywanego obiektu. Powierzchnia całkowita wynosi 165,15 m2, natomiast powierzchnia użytkowa ogrzewana 136,03 m2. Współczynniki przenikania ciepła U przegród wynoszą odpowiednio:

  • podłoga na gruncie 0,36;
  • ściana zewnętrzna 0,20;
  • dach 0,25;
  • strop nad parterem 0,18 W/(m2·K).

Na rys. 2 przedstawiono model obiektu wykonany w programie ESP-r.

W celu określenia wpływu pojemności cieplnej budynku na temperaturę powietrza w wybranej strefie o regulowanej temperaturze przeprowadzono badania porównawcze, rozpatrując dwa warianty konstrukcji przegród nieprzezroczystych. W wariancie wyjściowym przyjęto konstrukcję drewnianą szkieletową (lekką), natomiast w drugim konstrukcję ciężką [cegła ceramiczna pełna λ = 0,77 W/(m·K), zaizolowana styropianem λ = 0,36 W/(m·K)].

Grubość izolacji dobrano tak, aby współczynnik przenikania ciepła był identyczny jak dla konstrukcji lekkiej. Dodatkowo modyfikacji ulegała grubość płyty grzewczej (d = 100, 150, 200, 250, 300 i 350 mm) dla każdego rodzaju konstrukcji (12 wariantów).

Wyniki badań i ich analiza

Symulacje prowadzone były dla całego budynku i okresu grzewczego, natomiast w artykule zaprezentowano wyniki dotyczące pokoju dziennego połączonego z kuchnią, które tworzą jedną przestrzeń o największej powierzchni przegród przeszklonych (13,23 m2) i największej powierzchni ogrzewanej (47,77 m2), dla okresu 9–15 stycznia z typowymi temperaturami zimowymi ustalonymi jako średnie wieloletnie.

W tabeli 1 zestawiono wyniki analiz w zakresie wartości temperatury powietrza w pomieszczeniu (ti), temperatury podłogi (tf) oraz wskaźnika PMV. W celu zilustrowania dobowych wahań temperatur oraz wartości wskaźnika PMV wyniki zaprezentowano dla skrajnych wartości grubości płyty (d = 100 i 350 mm) w ujęciu dla konstrukcji ciężkiej (rys. 3a, rys. 4a i rys. 5a) oraz lekkiej (rys. 3b, rys. 4b i rys. 5b).

Charakter zmian temperatury we wszystkich przypadkach jest podobny. Istotne różnice dotyczą wartości średniej temperatury w analizowanym pomieszczeniu w określonym przedziale czasu.

  • Temperatura ekstremalna jest efektem chwilowego nasłonecznienia elewacji i znacznej bezwładności omawianego systemu grzewczego.
  • Średnia temperatura powietrza w pomieszczeniu wynosi 20,4°C dla konstrukcji ciężkiej, a dla lekkiej 20,8°C.
  • Temperatura powierzchni podłogi w żadnym przypadku nie przekroczyła wartości dopuszczalnej dla tego rodzaju pomieszczeń (29°C) [2].
  • Różnica między maksymalną a minimalną temperaturą powierzchni podłogi dla konstrukcji ciężkiej budynku przy grubości płyty d = 100 mm wynosi 4,7°C, natomiast dla grubości d = 350 mm jest równa 3,4°C.
  • W przypadku obiektu o konstrukcji lekkiej różnice te wynoszą odpowiednio dla d = 100 mm 6,8°C, natomiast dla d = 350 mm 4,2°C.

Rozpatrując wpływ rodzaju konstrukcji obiektu na wahania temperatury płyty grzewczej, obserwujemy mniejszą amplitudę dla konstrukcji ciężkiej w porównaniu z konstrukcją lekką. Wartość średnia wskaźnika PMV wynosi –0,12 dla konstrukcji ciężkiej, a dla lekkiej –0,06. Niezależnie od rodzaju konstrukcji obiektu wraz ze wzrostem grubości płyty grzewczej obserwować możemy mniejszą różnicę między maksymalną a minimalną wartością wskaźnika PMV, co świadczy o większej stabilności komfortu cieplnego w pomieszczeniu.

Dowiedz się więcej: Łazienka bez barier i dla pokoleń

Podsumowanie

Pomimo zbliżonych wartości średnich analizowanych parametrów budynek o konstrukcji ciężkiej charakteryzuje się większą stabilnością temperatury powietrza w pomieszczeniu. Uzyskanie podobnego efektu w przypadku konstrukcji lekkiej byłoby prawdopodobnie możliwe przy zastosowaniu systemu grzewczego o niewielkiej bezwładności, co pozwoliłoby na szybkie reagowanie na zmiany warunków zewnętrznych. Zatem ogrzewanie podłogowe o dużej bezwładności lepiej współpracuje z konstrukcją ciężką. Ma to odzwierciedlenie w komforcie cieplnym, dla którego wskaźnik PMV w przypadku konstrukcji lekkiej ma korzystniejszą wartość średnią, ale zdecydowanie bardziej niekorzystne wartości chwilowe.

Problematyka współpracy budynku jako struktury budowlanej z wyposażeniem technicznym wydaje się być niedoceniana, a ma znaczący wpływ na zużycie energii oraz komfort cieplny. Jest to szczególnie ważne w przypadku obiektów niskoenergetycznych, w których każda kilowatogodzina zużyta nieracjonalnie drastycznie pogarsza charakterystykę energetyczną. Istotne zatem wydaje się rozszerzenie poruszonej tematyki w odniesieniu do pozostałych systemów grzewczych oraz algorytmów ich sterowania.

Literatura

1. PN-EN ISO 7730:2006 Ergonomia środowiska termicznego. Analityczne wyznaczanie i interpretacja komfortu termicznego z zastosowaniem obliczania wskaźników PMV i PPD oraz kryteriów miejscowego komfortu termicznego.
2. Recknagel H. i in., Ogrzewnictwo, klimatyzacja, ciepła woda, chłodnictwo, Omni Scala, Wrocław 2008.
3. www.esru.strath.ac.uk/programs (5.10.2016).
4. bigladdersoftware.com/epx/docs/8-0/input-output-reference (5.10.2016).
5. www.vatenfall.pl (8.10.2016).

Chcesz być na bieżąco? Czytaj nasz newsletter!
   10.04.2017

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie

 


Zdradzamy sposób na projektowanie instalacji najwyższej jakości »

projektowanie

 



Z jakiego powodu tworzywa sztuczne zdominowały rynek wod-kan » Jak bez problemowo przeprowadzić iniekcję mikropali, kotew i gwoździ gruntowych »
bezpieczeństwo instalatora pomoc w projektowaniu
czytam więcej » poznaj go dziś »

 


Czy można dobrze odseparować wodę kanalizacyjną od gruntowej »

innowacyjne projektowanie

 



Poznaj bezpieczne systemy do dezynfekcji wody pitnej i basenowej » Jak zabezpieczyć wentylatory dachowe »
czysta woda wentylator dachowy
wiem więcej » spróbuj już dziś »

 


Przedłuż certyfikat HVAC bez wychodzenia z firmy »

szkolenia hvac

 



Czy łatwo zainstalować podwieszaną toaletę » Z jakego powodu ta pompa wyprzedza przyszłość »
podwieszana toaleta pompy ciepła
wiem więcej » wiem więcej »

 


Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »

Co Szperacz wyszperał ;-)

źle wykonana instalacja

Sztywniactwo i niechlujstwo - zobacz i skomentuj »

Dla tych, którzy szukają bardziej elektryzujących wrażeń Szperacz ma dziś coś specjalnego - rozdzielnia w toalecie.

zaślepka


TV Rynek Instalacyjny


 tv rynek instalacyjny
9/2019

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 9/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Dofinansowanie ogrzewania i fotowoltaiki
  • - Eksploatacja gruntowych pomp ciepła
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright © 2011 - 2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl