Instalacje HVAC w modernizowanych budynkach zabytkowych i reprezentacyjnych

Obiekty, które wymagają szczególnego podejścia do instalacji grzewczych, wentylacyjnych i klimatyzacyjnych z punktu widzenia charakteru budynku czy jego architektury, to m.in.:

• obiekty budowlane wpisane do rejestru zabytków – w przypadku robót budowlanych wymagające pozwolenia na budowę, do którego niezbędne jest pozwolenie wojewódzkiego konserwatora zabytków [1, 2];
• obiekty, w których typowe elementy instalacji kolidowałyby z estetyką elewacji lub uniemożliwiałyby wymaganą aranżację wnętrza;
• obiekty narażone na przestępstwa, akty wandalizmu czy chuligaństwa (kradzież elementów, np. jednostki zewnętrznej systemu klimatyzacyjnego czy dewastacja widocznych urządzeń grzewczych, np. grzejników);
• obiekty, w których montaż elementów instalacji jest niemożliwy lub utrudniony np. ze względu na konstrukcję czy przeznaczenie budynku, a także budynki, w przypadku których montaż klasycznych rozwiązań instalacyjnych wiązałby się ze szczególnie wysokimi kosztami transportu i montażu.

Szczególne wymagania wobec estetyki instalacji stawiane są często także podczas remontu czy zmiany przeznaczenia budynków.

„Niewidoczna” klimatyzacja nie tylko w obiektach zabytkowych

W przypadku budynków zabytkowych szczególną grupą rozwiązań stanowią instalacje klimatyzacji i chłodzenia, czyli centrale wentylacyjne i klimatyzatory. Są one z jednej strony istotne dla spełnienia oczekiwań inwestora, np. adaptującego starą kamienicę na biura, w których nie tylko ogrzewanie, ale i dobra wentylacja oraz chłodzenie stają się standardem. Z drugiej strony zapewnienie właściwej temperatury i wilgotności w zabytkowym pomieszczeniu może być wymaganiem określonym przez konserwatora zabytków, niezbędnym dla zachowania obiektu we właściwym stanie [3].

Montaż urządzeń wentylacyjnych i klimatyzatorów oraz ich instalacji w budynku wpisanym do rejestru zabytków wymaga uzyskania pozwolenia na budowę (w przypadku budynku wpisanego do gminnej ewidencji zabytków potrzebne jest tylko zgłoszenie budowlane). Składając wniosek o pozwolenie na budowę, należy dołączyć pozytywną decyzję wojewódzkiego konserwatora zabytków. We wniosku kierowanym do konserwatora należy wskazać nie tylko funkcję, jaką w budynku będzie pełniła instalacja klimatyzacyjna, ale też planowane miejsce lokalizacji centrali lub jednostki zewnętrznej klimatyzatora – tak, by nie umieszczać jej w miejscu widocznym, zwłaszcza na elewacji od strony ulicy. Jednym z dostępnych rozwiązań, pozytywnie przyjmowanych przez konserwatorów zabytków, jest umieszczenie jednostki zewnętrznej klimatyzatora w podcieniach, na zakrytych balkonach czy loggiach, na niewidocznych dachach (jeśli pozwala na to ich układ) lub na niewyeksponowanych elewacjach (np. od strony podwórza). Centrale można natomiast montować na strychach, zrobiono tak np. na Zamku Królewskim w Warszawie. W przypadku klimatyzatorów rozwiązaniem sprawdzającym się w obiektach zabytkowych jest układ VRF z jednostką zewnętrzną przystosowaną do montażu w pomieszczeniu technicznym (np. na poddaszu). Warunkiem takiego montażu jest nie tylko dostępność odpowiedniego pomieszczenia, ale także zapewnienie dopływu do niego odpowiedniej ilości powietrza zewnętrznego potrzebnej do pracy klimatyzatora. Ważnym czynnikiem realizacji tego zadania jest spręż dyspozycyjny wentylatora jednostki, który wpływa na to, jak długi może być kanał czerpny i wyrzutowy. Wlot i wylot powietrza można skutecznie zamaskować za pomocą odpowiednich czerpni i wyrzutni, dostosowanych kolorystycznie i stylistycznie do pokrycia dachowego lub do wykończenia ściany.

Jednak w wielu obiektach, np. ulokowanych w centrach miast lub niewielkich, nie ma możliwości umieszczenia jednostki zewnętrznej w sposób nieingerujący w zabytkowy charakter budynku czy jego otoczenia. Także mieszkańcy budynków wielorodzinnych chcący zamontować klimatyzatory w swoich mieszkaniach zgodnie z literą prawa, tj. na podstawie zgłoszenia do wspólnoty lub spółdzielni, mogą się spotkać z odmowami, szczególnie w przypadku, gdy zgłoszenie nastąpi krótko po remoncie elewacji. W takich sytuacjach rozwiązaniem mogą się okazać klimatyzatory określane jako bezprzewodowe lub monoblokowe – niemające odrębnej jednostki zewnętrznej. W rozwiązaniu tym skraplacz znajduje się nie w osobnej jednostce, ale w obudowie urządzenia lokowanego w pomieszczeniu, najczęściej w wykonaniu przypodłogowym (montowanego pod parapetem okna). Układ chłodniczy jest hermetycznie zabudowany, a na elewacji widoczne są tylko dwa otwory o średnicy kilkunastu centymetrów (ich wielkość zależy od mocy chłodniczej urządzenia), przeznaczone do doprowadzania i odprowadzania powietrza „technologicznego” – niezbędnego do chłodzenia skraplacza. Kiedy urządzenie nie pracuje, te niewielkie otwory zakrywane są dodatkowo kołnierzami, które mogą zostać dostosowane do kolorystyki elewacji.

Ogrzewanie i dogrzewanie

Przy okazji remontu, a szczególnie zmiany funkcji budynku zabytkowego na mieszkalną, usługową lub komercyjną, spośród dostępnych rozwiązań grzewczych chętnie wybierane są gotowe do ułożenia rozwiązania elektrycznego ogrzewania płaszczyznowego – maty i folie grzewcze. Za wyborem tym może stać kilka czynników. Jednym z ważniejszych jest fakt, że system ogrzewania jest niewidoczny – nie dochodzi zatem do „nowoczesnej ingerencji” w zabytkowe wnętrze, a jednocześnie zapewnione są szerokie możliwości aranżacji pomieszczenia. Zaletą takiego rozwiązania przy remoncie lub zmianie funkcji budynku zabytkowego jest także możliwość niezależnego ogrzania poszczególnych pomieszczeń. Choć maty i folie grzewcze mogą stanowić ogrzewanie podstawowe, nie wymagają centralnego podejścia do systemu grzewczego – każde pomieszczenie w zależności od potrzeb i wymagań można wyposażyć w osobną pętlę grzewczą. Ponieważ ogrzewanie płaszczyznowe przekazuje energię głównie przez promieniowanie, w pomieszczeniach zapewniony jest korzystny rozkład temperatury, komfortowy dla człowieka i bezpieczny dla elementów wyposażenia oraz niepowodujący unoszenia się kurzu (jak w przypadku grzejników konwekcyjnych), co ułatwia bieżącą konserwację i utrzymanie zabytkowych wnętrz. Z punktu widzenia ochrony pomieszczeń zabytkowych ogrzewanie płaszczyznowe to także rodzaj ogrzewania, który „nie powoduje powstawania wilgoci” – zachowanie odpowiednich warunków cieplno-wilgotnościowych w pomieszczeniu i zapobieganie kondensacji pary wodnej konserwatorzy zabytków uważają ze jeden z istotnych elementów zapobiegania zawilgoceniu obiektów zabytkowych [3]. Ich zaletą jest także prosty i szybki montaż – poza przegrodą, w której rozwiązania te są montowane, prace remontowe przebiegają bez konieczności znacznej ingerencji w remontowany budynek.

Z drugiej strony należy zwrócić uwagę, by powierzchnia grzewcza nie była w sposób trwały zakryta – dotyczy to szczególnie systemu montowanego w podłodze, na której nie należy stawiać bezpośrednio mebli lub innych trwałych (szczególnie ciężkich) elementów wyposażenia wnętrz. Trwałe zakrycie ogrzewania płaszczyznowego skutkuje jego mniejszą wydajnością, może się też przyczynić do uszkodzenia pokrycia przegrody, które nie ma możliwości skutecznego odprowadzenia ciepła. Innym niekorzystnym aspektem zastosowania ogrzewania elektrycznego są wysokie i trudne do przewidzenia ceny energii elektrycznej, za którymi idą duże i niepewne koszty eksploatacji. W budynkach, którym nie stawia się wymagań dotyczących wyglądu dachu, problem ten można w dużym stopniu wyeliminować dzięki zastosowaniu paneli fotowoltaicznych, umożliwiających produkcję prądu ze słońca – maty i folie grzewcze są przystosowane do współpracy z systemami PV. Dla budynków, w których ze względu na ochronę konserwatorską czy ograniczenia techniczne (np. związane z nośnością dachu) montaż klasycznych paneli fotowoltaicznych jest niemożliwy, przyszłościowym rozwiązaniem mogą się stać ultracienkie folie perowskitowe, przeznaczone np. do powlekania pokryć dachowych, choćby dachówek. Już dziś możliwa jest integracja specjalnych cienkich ogniw perowskitowych z fasadami budynków.

Elektryczne maty grzewcze danego producenta oferowane są najczęściej w dwóch wielkościach maksymalnej mocy grzewczej (np. wersje 90 i 160 W/m²), dobieranej przede wszystkim w zależności od rodzaju wykończenia podłogi lub ściany. Ponieważ dobrze sprawdza się montaż w warstwie kleju pod elementami ceramicznymi, maty grzewcze zaleca się stosować przede wszystkim pod podłogą wykończoną terakotą, gresem, marmurem lub kamieniem naturalnym, a także na ścianie pod glazurą. Sprawdzą się także w pomieszczeniach wilgotnych, takich jak łazienki. Szczególnie interesującym rozwiązaniem z punktu widzenia obiektów zabytkowych są cienkie (poniżej 1 mm) podtynkowe maty ścienne, oferowane jako „antypleśniowe” i sprawdzające się np. w obiektach, w których konieczne jest zachowanie niższej temperatury. Maty takie utrzymują temperaturę ściany powyżej punktu rosy. Dzięki temu na przegrodach nie kondensuje para wodna – zapobiega to degradacji i uszkodzeniom ścian, a także uniemożliwia rozwój grzybów pleśniowych.

Jeśli miejsca na montaż ogrzewania płaszczyznowego jest bardzo mało, rozwiązaniem będą elektryczne folie grzewcze. Są to cienkie arkusze (ok. 0,2–0,4 mm) wykonane najczęściej z PET lub wzmocnionego włókna szklanego, z naniesionymi elementami – dla folii najnowszej generacji elementem grzewczym jest pasta karbonowa z włóknem węglowym (zamiast „ścieżek” z pyłu grafitowego), co sprawia, że elementy grzewcze nie wypalają się i nie tracą na wydajności, a producenci mogą udzielić na gotowy system nawet 25-letniej gwarancji. Grubość montażowa takiego systemu wynosi 5 mm, co ułatwia prace konserwatorskie i wykonawcze, umożliwiając dodanie folii do niemal każdego rodzaju przegrody. Folię grzewczą można zamontować pod dowolną okładziną podłogową (np. terakota, deski drewniane, deski kładzione, parkiet, panele, wykładzina), na ścianie (pod suchą zabudową lub okładzinami ściennymi), a także w sufitach podwieszanych GK, sufitach panelowych, kratownicach w stropach podwieszanych i skosach na poddaszach użytkowych.

Maksymalna moc grzewcza folii wynosi zwykle od 60 do nawet 400 W/m² – dobiera się ją zależnie od wielkości ogrzewanego pomieszczenia, wielkości powierzchni grzewczej (nie zawsze możliwe jest zastosowanie folii grzewczej na całej powierzchni przegrody) oraz sposobu wykończenia wnętrza. Folia nagrzewa elementy budowlane, w których jest zamontowana, do temperatury nieco wyższej od temperatury odczuwalnej – elementy te następnie równomiernie emitują korzystne promieniowanie podczerwone.

Dopasowanie lub ukrywanie elementów instalacyjnych

Niejednokrotnie budynki zabytkowe, ale też wnętrza o charakterze reprezentacyjnym wymagają specjalnego dostosowania urządzeń instalacyjnych do wnętrz. Rynek oferuje szereg urządzeń, w których kluczowe jest estetyczne wykonanie – szczególnie w zakresie ściennych grzejników wodnych, klimakonwektorów i nawiewników (anemostatów). Te ostatnie urządzenia mogą się wyróżniać nie tylko atrakcyjnym układem dysz nawiewnych, ale też nietypowymi wykonaniami kolorystycznymi – dostępne są np. urządzenia w kolorze ciemnozielonym lub pomarańczowym.

Jako urządzenia dopasowane do reprezentacyjnych wnętrz stosuje się często klimakonwektory w różnych wykonaniach.

Klimakonwektory podłogowe (zabudowane w wylewce) szczególnie dobrze sprawdzą się we wnętrzach o dużych przeszkleniach. Poprowadzone wzdłuż ścian zewnętrznych, chronią przed chłodnym powietrzem (tryb grzania) lub wysokimi zyskami ciepła od słońca (tryb chłodzenia). Urządzenia te dostępne są w różnych długościach, szerokościach i wysokościach, a ofertę uzupełniają takie rozwiązania, jak skosy, narożniki czy łuki. Kratki osłonowe mogą być wykonane nie tylko z aluminium anodowanego na wybrany, pasujący do wnętrza kolor, ale także z mosiądzu, stali nierdzewnej czy lakierowanego drewna. Dzięki zaletom użytkowym i estetycznym klimakonwektory te nie tylko pozwalają spełnić oczekiwania techniczne inwestora, ale wręcz podkreślają charakter wnętrza.

Klimakonwektory przypodłogowe wyróżniają się nowoczesnym i eleganckim wyglądem oraz małą głębokością (np. ok. 12 cm). W urządzeniach „szczupłych” (slim) wentylatory mają specjalne wykonanie akustyczne, a ich konstrukcja zapewnia odpowiednio dużą powierzchnię wymiany ciepła. Natomiast klimakonwektory kanałowe mogą być doskonale „zamaskowane”, co może być konieczne ze względu na wymagania aranżacyjne czy funkcję reprezentacyjną pomieszczenia. Klimakonwektor kanałowy montowany jest w sieci kanałów, a w pomieszczeniu widoczna jest wąska ścienna kratka nawiewna.

Klimakonwektory można też przystosować indywidualnie do zadań specjalnych, tak jak w przypadku urządzeń zainstalowanych w 2021 roku w komnatach (Stanzach) Rafaela w Muzeum Watykańskim, gdzie wyeksponowano bezcenne freski namalowane w latach 1508–1524. Duże zainteresowanie tym obiektem ze strony zwiedzających sprawiło, że należało w nim zapewnić właściwą wentylację i temperaturę, jednak bez naruszania elementów historycznych. W komorach zlokalizowanych pod oknami – miejscach po historycznych urządzeniach grzewczych – umieszczono specjalnie wykonane klimakonwektory dużej mocy, zgodnie z deklaracją dostawcy w obudowie odpowiadającej wielkością standardowemu urządzeniu o mocy 2,5 kW zmieszczono podzespoły o mocy chłodniczej aż 10 kW. Urządzenia osłonięto historycznymi kratami, dzięki czemu są one niewidoczne dla zwiedzających, a wręcz stanowią element architektoniczno-wykończeniowy cennego wnętrza [4].

Wentylacja mechaniczna dla poszczególnych pomieszczeń

Rosnąca wiedza inwestorów w zakresie wentylacji sprawia, że coraz częściej są oni zainteresowani wykorzystaniem wentylacji mechanicznej i niskimi kosztami eksploatacyjnymi. Nie zawsze w grę wchodzi wykonanie rozbudowanego, centralnego układu wentylacji mechanicznej – może to wynikać m.in. z braku możliwości rozprowadzenia sieci przewodów, braku miejsca na pomieszczenie techniczne, zbyt słabej konstrukcji stropu (niemożność wykonania otworów pod czerpnię czy wyrzutnię) czy uwarunkowań estetycznych lub konserwatorskich uniemożliwiających montaż centrali dachowej.

W takich sytuacjach można zastosować rozwiązanie zdecentralizowane – małe rekuperatory montowane w ścianach zewnętrznych poszczególnych pomieszczeń. Ingerencja w elewację budynku ogranicza się w tym wypadku do wykonania i odpowiedniego zabezpieczenia otworu ściennego o średnicy od 125 do 160 mm, w zależności od wydatku powietrza zapewnianego przez dany rekuperator. Na ścianie zewnętrznej widoczna jest okrągła kratka zabezpieczająca, którą można tak dostosować do wyglądu elewacji, że będzie praktycznie niewidoczna, natomiast wewnątrz pomieszczenia na ścianie montuje się niewielki anemostat.

Rekuperator ścienny może działać jako miniaturowa centrala z dwoma wentylatorami i miedzianym antyseptycznym wymiennikiem ciepła realizująca jednocześnie nawiew i wywiew albo jako rozwiązanie „push-pull” z zastosowaniem regeneracyjnego wymiennika ceramicznego i jednego wentylatora działającego naprzemiennie w dwóch cyklach. W fazie „pull” wentylator pracuje jako wywiewny, a wymiennik akumuluje ciepło ze strumienia wywiewanego. Natomiast w fazie „push” wentylator nawiewa świeże powietrze, którego strumień jest ogrzewany przez ciepło zgromadzone wcześniej w wymienniku. Aby zwiększyć skuteczność rekuperacji decentralnej, rekuperatory „push-pull” w pomieszczeniu można zamontować parami i zsynchronizować ich pracę (jeden pracuje jako nawiewny, drugi jako wywiewny).

Dobierając rekuperator dla inwestycji, należy zwrócić uwagę na dostosowanie długości modułu roboczego do grubości ściany, sposób zapewnienia filtracji powietrza oraz odpowiedni dobór wielkości (wydatku powietrza) urządzenia do wielkości pomieszczenia, uwzględniający jego kubaturę. Nie należy dobierać rekuperatora „na styk”, ponieważ będzie wówczas pracował na najwyższym biegu, co spowoduje zbyt głośną pracę.

Estetyczny dach obiektu usługowego z wentylatorem dachowym

Dla mniejszych obiektów usługowych, a także budynków zabytkowych przystosowywanych do świadczenia usług chętnie wybieranym rozwiązaniem są wentylatory dachowe. Na rynku dostępne są różne wykonania materiałowe tych urządzeń dla poszczególnych sektorów usług – np. wentylatory dla zwykłych pomieszczeń (biurowe, konferencyjne itp.), kuchenne (dla gastronomii), kwasoodporne czy chemoodporne (np. dla obiektów hotelowo-rekreacyjnych mających strefę basenową, w której do dezynfekcji wody używa się związków chloru).

Tego rodzaju wentylatory dachowe – obudowy, ale też wirniki z łopatkami – wykonuje się ze stali nierdzewnej lub z kompozytów (laminatów), najczęściej z wykorzystaniem żywic poli- lub winyloestrowych. Wykonanie materiałowe obudowy ma znaczenie także z punktu widzenia wymagań estetycznych obiektów – dostosowania formy i kolorystyki zastosowanego wentylatora do stylu i koloru pokrycia dachowego. W tym aspekcie szczególnie sprawdzi się urządzenie wykonane z laminatu estrowo-szklanego. Materiał ten wyróżnia się wysoką odpornością na warunki środowiskowe, można go też barwić w masie (trwale) na dowolne kolory z palety RAL oraz nadać mu wygląd pasujący do dachu.

Wentylatory dachowe można także łatwo dostosować do niemal dowolnego spadku połaci dachowej (jeden z producentów podaje zakres 0–55%), wykorzystując kominki wentylacyjne wykonane z materiału kompatybilnego z urządzeniem.

Ogrzewanie bez odprowadzania spalin

Obiekty, które w wyniku remontu lub przebudowy zmieniają swoją rolę, np. budynki zabytkowe dostosowywane do nowej funkcji, wymagają często przebudowy systemu grzewczego, a przynajmniej wymiany źródła ciepła. W wypadku obiektów, w których z różnych względów, estetycznych czy konstrukcyjnych, nie można zapewnić układu odprowadzania spalin, inwestorzy chętnie wybierają elektryczne kotły grzewcze – małe i lekkie, niewymagające pomieszczenia technicznego i systemu odprowadzania spalin oraz tańsze w zakupie od innych urządzeń o porównywalnej mocy grzewczej. Dostępne są jako kotły jedno- lub dwufunkcyjne, w wersji wiszącej lub stojącej i o mocy w zakresie od 4 do 24 kW, najczęściej jako urządzenia gotowe do pracy – oferuje się je wraz z pompą obiegową oraz grupą bezpieczeństwa. Szeroki zakres precyzyjnego sterowania umożliwia bieżące dopasowanie mocy kotła do rzeczywistego zapotrzebowania budynku na ciepło. Barierą dla inwestorów mogą być obawy związane z trudną do przewidzenia prognozą kosztów energii elektrycznej, ale docelowe unijne i polskie scenariusze rozwoju ogrzewania zakładają jego elektryfikację. Warto zatem rozważyć zastosowanie w budynku takiego rozwiązania grzewczego, które będzie mogło korzystać z instalacji PV i magazynu energii elektrycznej.

Literatura

1. Ustawa z dnia 7 lipca 1994 r. Prawo budowlane (t.j. DzU 2021, poz. 2351)
2. Ustawa z dnia 23 lipca 2003 r. o ochronie zabytków i opiece nad zabytkami (t.j. DzU 2021, poz. 710, 954)
3. Wikłacz Zbigniew, Wilgoć w budynkach zabytkowych, „Wiadomości Konserwatorskie – Journal of Heritage Conservation” 55/2018
4. Komnaty Rafaela, https://www.carrier.com/commercial/pl/pl/o-carrier/nasze-realizacje/komnaty-rafaela (dostęp: 17.03.2022)
5. Materiały firm: Carrier, CWK, Daikin, Eko-Instal, Espacia, Innova Energie, Kampmann, Klima-Therm, Raychem, Red Snake, Rotenso, Skanska, Trox, Vantubo, V4Heat