Komfort temperaturowy w pomieszczeniach z instalacjami ogrzewania płaszczyznowego

W budynkach nowych i poddawanych gruntownej renowacji możliwe jest osiągnięcie niskiego zapotrzebowania na energię użytkową przypadającą na jednostkę powierzchni – kilkukrotnie mniejszego niż w budynkach wznoszonych w latach 80. i 90. ubiegłego wieku i znacznie mniejszego niż przed wprowadzeniem stopniowo rosnących wymagań WT 2014, WT 2017, aż do obowiązujących obecnie WT 2021. Aktualne przepisy wymagają, aby pokrycie nawet niskiego zapotrzebowania na energię do ogrzewania i chłodzenia w nowych budynkach było realizowane z jak najmniejszym udziałem nieodnawialnej energii pierwotnej. A to sprawia, że przy wyborze źródła zasilania wodnej instalacji grzewczej, zwłaszcza w domach jednorodzinnych, mamy w praktyce do dyspozycji: kondensacyjne kotły gazowe, pompy ciepła powietrzne i gruntowe oraz kotły na biopaliwa stałe (pelletowe). Urządzenia te osiągają największą efektywność, zasilając instalacje grzewcze wodą o temperaturze poniżej 60°C – kotły 55/45°C, a pompy ciepła od 45/35°C do bardzo niskich parametrów, nawet poniżej 30°C na zasilaniu, np. gdy duża powierzchnia domu jednorodzinnego jest powierzchnią grzejną. Tak niskie temperatury zasilania wodnych systemów ogrzewania płaszczyznowego przez pompy ciepła pozwalają na bardzo niskie koszty ogrzewania i przygotowania c.w.u. Co więcej, takie domy zasilane pompami ciepła mogą korzystać z efektywnego chłodzenia płaszczyznowego bez ryzyka, gdyż dla osiągnięcia komfortu wystarczy im zasilanie instalacji podłogowej stosunkowo wysokimi temperaturami, nawet powyżej 20°C [1].

Te zależności sprawiają, że w nowych budynkach systemy wodnego, niskotemperaturowego ogrzewania i chłodzenia płaszczyznowego wykorzystujące powierzchnie podłóg, ścian i sufitów jako źródła ciepła lub chłodu w pomieszczeniach zdobywają coraz większe uznanie i popularność. Wzrosty cen paliw kopalnych i energii, a także prognozy dotyczące przychodów osiąganych na emeryturze dodatkowo skłaniają młodych inwestorów budujących domy jednorodzinne do przemyślanych wyborów.

Przy wyborze systemów c.o. i c.w.u. oraz wentylacji planowanie kosztów eksploatacyjnych na kilka dekad będzie z czasem dotyczyło również deweloperów. Na razie czynią to ci działający na zasadach „non for profit”, jak np. Społeczna Inicjatywa Mieszkaniowa „KZN-Wielkopolska”, która buduje mieszkania społeczne dla osób i rodzin niemających własnego mieszkania ani możliwości jego zakupu z powodu braku zdolności kredytowej. Gwarancją powodzenia takiego budownictwa jest m.in. to, że budynki wielorodzinne są wznoszone w systemie prefabrykowanym, każde mieszkanie ma własną pompę ciepła współpracującą z systemem wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła oraz układem przygotowania c.w.u., a także ogrzewanie płaszczyznowe. Mieszkania mają wysoką efektywność energetyczną i tym samym niskie koszty eksploatacji, co redukuje ryzyko braku zdolności najemców do pokrycia kosztów eksploatacji. SIM „KZN-Wielkopolska” wyróżnia także fakt stosowania platformy zakupowej do przejrzystej komunikacji z wykonawcami składającymi oferty bezpośrednio na stronie postępowania, w którym zamierzają wziąć udział [2].

Reasumując – przepisy budowlane, ceny energii oraz wymogi ochrony środowiska skłaniają do stosowania nowoczesnych instalacji oraz urządzeń grzewczych i chłodniczych zasilanych energią bezemisyjną. Szacuje się, że w przeciętnym nowym domu jednorodzinnym różnice w efektywności i tym samym kosztach eksploatacyjnych pomiędzy tradycyjnym układem grzejnikowym a ogrzewaniem płaszczyznowym umożliwiają zwrot większych wydatków inwestycyjnych na ogrzewanie płaszczyznowe już po 2 latach użytkowania. Instalacje płaszczyznowe nie przeszkadzają również w aranżacji pomieszczeń. Nie bez znaczenia dla mieszkańców jest także fakt, że komfort temperaturowy jest osiągany przy niższych i tym samym zdrowszych temperaturach powietrza wewnętrznego.

Komfort temperaturowy a zdrowie i efektywność energetyczna

Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2024/1275 z 24 kwietnia 2024 r. w sprawie charakterystyki energetycznej budynków (Dz.Urz. UE L 2024/1275 z 8.05.2024) zawiera szereg zaleceń dotyczących efektywności energetycznej budynków, ale jednocześnie ogranicza możliwości wyboru źródeł zasilania instalacji ogrzewania w budynkach, wprowadzając m.in. standard budynków bezemisyjnych oraz wymóg wyposażania systemów technicznych w nowych budynkach w urządzenia zapewniające automatyczne sterowanie, regulację i monitorowanie. Zawiera także zalecenia dotyczące jakości środowiska wewnętrznego. Obecnie trwają przygotowania do implementacji wymagań tej dyrektywy do naszego prawa krajowego, co wymagać będzie m.in. zmiany przepisów wykonawczych, a zwłaszcza rozporządzenia w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie.

W zaleceniach dotyczących jakości środowiska wewnętrznego [3], dostosowanych do wymagań przekształconej w 2024 roku dyrektywy EPBD, grupa ekspertów zajmujących się zagadnieniami jakości powietrza oraz środowiska wewnętrznego rekomenduje zapewnianie w budynkach mieszkalnych w sezonie grzewczym temperatury odczuwalnej (operatywnej) w zakresie komfortu cieplnego takiej jak dla osób w pozycji siedzącej z odzieżą o izolacyjności 1,0 clo, czyli w zakresie 20–25°C. Podkreśla się jednak, że wartości stosowane przy wymiarowaniu instalacji ogrzewczej powinny odpowiadać niższym parametrom z zakresu komfortu podczas sezonu grzewczego, czyli być bliższe 20°C. Natomiast wartości stosowane przy wymiarowaniu systemów chłodzenia powinny odpowiadać wyższym parametrom z zakresu komfortu podczas sezonu letniego, czyli 26°C. Eksperci zalecają także, aby w celu uniknięcia lokalnego dyskomfortu cieplnego przy projektowaniu budynków i systemów ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji uwzględniać ryzyko przeciągu, asymetrię temperatury promieniowania przegród, różnicę temperatury powietrza w pionie i temperaturę podłogi.

Zagadnienia te zostały dokładnie omówione także w opracowanej przez grupę ekspertów z PZITS polskiej poprawce PN-EN 16798-1:2019-06/Ap2 Charakterystyka energetyczna budynków. Wentylacja budynków. Część 1: Parametry wejściowe środowiska wewnętrznego do projektowania i oceny charakterystyki energetycznej budynków w odniesieniu do jakości powietrza wewnętrznego, środowiska cieplnego, oświetlenia i akustyki. Moduł M1-6, udostępnionej przez PKN na: https://sklep.pkn.pl/fileuploader/download/download/?d=0&fileId=8379. Określono w niej wymagania dotyczące parametrów środowiska wewnętrznego

w odniesieniu do środowiska cieplnego, jakości powietrza wewnętrznego, oświetlenia i akustyki. Zawiera ona także zalecane wartości temperatury wewnętrznej do obliczeń energetycznych na cele chłodzenia i ogrzewania. Poprawka podaje m.in. wartości projektowe wewnętrznej temperatury operatywnej w budynkach, w których aktywne są systemy grzewcze działające w sezonie zimowym i systemy chłodzenia w sezonie letnim. W przypadku budynków mieszkalnych, przestrzeni mieszkalnych (sypialnie, pokoje dzienne, kuchnie itp.) dla pozycji siedzącej ok. 1,2 met w pierwszej kategorii projektowania zalecana maks. temperatura operatywna ogrzewania (sezon zimowy) dla ok. 1,0 clo wynosi 21°C, a maks. temperatura operatywna chłodzenia (sezon letni) dla ok. 0,5 clo to 25,5°C.

W rozważaniach energetycznych dotyczących zakresów temperatury komfortu należy brać pod uwagę fakt, że systemy ogrzewania płaszczyznowego w funkcji ogrzewania pozwalają na osiągnięcie przy temperaturze powietrza wewnętrznego 20°C takiego samego komfortu jak w temperaturze 22°C przy ogrzewaniu konwekcyjnym, czyli z użyciem grzejników naściennych. Związek temperatury odczuwalnej z temperaturą przegród i temperaturą powietrza ilustruje rys. 1.

Zakres występowania konwekcji i promieniowania przy grzejnikach oraz ogrzewaniu podłogowym ilustruje rys. 2. Ogrzewanie płaszczyznowe dostarcza ciepło za pomocą bardzo dużej powierzchni równomiernie rozmieszczonej w pomieszczeniu.

Dzięki możliwości obniżenia w trybie ogrzewania temperatury w pomieszczeniu o 1–2°C w stosunku do tradycyjnych instalacji grzejnikowych lub jej podniesienia w trybie chłodzenia, przy zachowaniu komfortu cieplnego, można zaoszczędzić sporo energii. Niższe temperatury wody zasilającej umożliwiają efektywne korzystanie z zalet kotłów kondensacyjnych i pomp ciepła. Dla zapewnienia komfortu cieplnego w nowych budynkach z uwzględnieniem obliczeniowej temperatury zewnętrznej w warunkach, jakie mamy w Polsce, wystarczy temperatura zasilania wody grzewczej nieprzekraczająca 60°C. Zgodnie z normą PN-EN 1264 Wodne wbudowane systemy ogrzewania i chłodzenia płaszczyznowego dopuszczalny zakres spadku temperatury pomiędzy zasilaniem i powrotem wynosi od 5 do 15°C, a zalecany 10°C. Najczęściej stosowane parametry wody zasilającej i powracającej z obiegów ogrzewania płaszczyznowego wynoszą: 55/45°C, 50/40°C, 45/35°C oraz 40/30°C i nawet 35/30°C. W nowych budynkach o wysokiej izolacyjności termicznej przegród budowlanych – czyli spełniających w tym zakresie wymogi WT 2021 – stosowane są niższe parametry zasilania instalacji. Parametry zasilania powinny być każdorazowo określone przez projektanta instalacji na podstawie informacji o konstrukcji danego budynku, a także rodzaju instalacji i źródła ciepła.

Wprawdzie norma PN-EN 1264 dopuszcza maksymalną temperaturę 29°C dla powierzchni grzejnych w pomieszczeniach mieszkalnych i 33°C dla łazienek i korytarzy oraz 35°C w strefie brzegowej, lecz zalecane temperatury powierzchni podłóg, które nie powodują dyskomfortu dla mieszkańców, wynoszą w przypadku pomieszczeń mieszkalnych od 19 do 24°C, a dla łazienek od 24 do 29°C. Ponadto niższe temperatury wpływają korzystnie na eksploatację pomp ciepła (zasilanie 35/30°C) i kotłów kondensacyjnych (zasilanie 45/35°C).

Instalacje płaszczyznowe w funkcji chłodzenia – wybrane rozwiązania

Uponor, jeden z producentów ogrzewania podłogowego, zwraca uwagę w swoich materiałach technicznych [4], że aby umożliwić obieg wystarczającej ilości wody w trybie chłodzenia, w funkcji ogrzewania powinno się przyjmować jako podstawę do obliczeń najmniejszą możliwą różnicę pomiędzy zasilaniem i powrotem, czyli ≤ 5 K. Wszystkie obiegi grzewcze powinny być jak najbardziej jednolite pod względem tego wymagania. Jest to ważne, gdyż stosowane są instalacje bez zmian nastawy zaworów w trybie chłodzenia, tym samym konstrukcja układu instalacji w pomieszczeniu oraz mała różnica pomiędzy zasilaniem i powrotem, a także równomierny podział obiegów mają istotny wpływ na wysoką wydajność w funkcji chłodzenia. W pomieszczeniach niechłodzonych, czyli w łazienkach i kuchniach, obwody powinny być podłączone do oddzielnych rozdzielaczy, a te podłączone do oddzielnego obwodu sterowania, i powinny pracować tylko w funkcji ogrzewania.

Dla osiągnięcia najwyższej możliwej wydajności chłodzenia przy danej powierzchni grzewczej/chłodzącej korzystne są następujące rozwiązania: małe rozstawy rur (dają wyższe wydajności chłodnicze przy wysokich temperaturach zasilania), krótkie długości obwodów grzewczych/chłodzących i duże średnice rur (umożliwiają niższe straty ciśnienia przy niewielkim rozstawie), wierzchnia warstwa podłogi o dobrej przewodności cieplnej (daje lepsze przenoszenie chłodu i ciepła), niskie pokrycie jastrychu (zwiększa możliwość regulacji w przypadku zaniżenia punktu rosy).

Z zaleceń tych wynika konkluzja, że jeśli systemy ogrzewania podłogowego zostaną zaprojektowane optymalnie do efektywnej współpracy z pompami ciepła, są również przystosowane do efektywnego chłodzenia. Oprócz takich parametrów projektowych, jak rozstaw rur i ich pokrycie, co wpływa na działanie instalacji w obu funkcjach – grzewczej i chłodniczej, na wydajność chłodzenia wpływa dopuszczalna temperatura powierzchni w pomieszczeniu, wynosząca ok. 20°C ze względu na komfort oraz punkt rosy z uwagi na temperaturę powietrza w pomieszczeniu. Aby zminimalizować możliwość kondensacji na elementach całego systemu, temperatura wody chłodzącej nie powinna spadać poniżej 15–16°C. W praktyce można osiągnąć wysoki komfort w funkcji chłodzenia, zasilając instalację zbudowaną wg powyższych zaleceń czynnikiem o temperaturze ponad 20°C.

Z kolei firma Purmo w zaleceniach dotyczących instalacji płaszczyznowych pracujących w trybie chłodzenia z pompą ciepła [5] wskazuje, że jej system ogrzewania podłogowego jest w stanie, w zależności od temperatury powietrza w pomieszczeniu, konstrukcji podłogi, warstwy wykończeniowej i temperatury wody lodowej, osiągnąć moc chłodniczą do 50 W/m2. Purmo oferuje cztery różne systemy mocowania rury do instalacji ogrzewania i chłodzenia płaszczyznowego, w tym ściennego i sufitowego. Do montażu kombinowanej instalacji ogrzewania i chłodzenia podłogowego firma zaleca rury PexPenta 16 x 2 mm, 17 x 2 mm i 20 x 2 mm lub rury wielowarstwowe PE-RT/Al/PE-RT 16 x 2 mm i 20 x 2 mm oraz systemowe izolacje Rolljet/Faltjet. Całość przykrywa się wylewką jastrychową standardowej grubości ok. 65 mm. Podczas pracy w trybie chłodzenia występuje najbardziej niekorzystne obciążenie termiczne instalacji i ważne jest zadbanie o to, by nie spowodować kondensacji. W tym celu w swoich rozwiązaniach Purmo zaleca instalowanie na rozdzielaczu dodatkowego czujnika, który czuwa nad występowaniem kondensacji pary wodnej na powierzchni rozdzielacza. Jeśli do niej dojdzie, temperatura zasilania jest zwiększana przez układ regulacyjny. W systemie zaprojektowanym i wykonanym według tych zaleceń temperatura zasilania w funkcji chłodzenia nie powinna być niższa niż 15°C, a różnica temperatury zasilania i powrotu nie powinna przekraczać 2–3 K. W celu osiągnięcia takich warunków wykonuje się dokładne obliczenia rozstawu rur, przyjmując najczęściej rozstaw maks. 100–150 mm. Producent zwraca uwagę, że nie korzysta się z funkcji chłodzenia w pomieszczeniach o podwyższonej wilgotności, w tym w łazienkach. W systemie, który oferuje, za sterowanie temperaturą w pomieszczeniach odpowiadają termostaty pokojowe i głowice termoelektryczne, które regulują przepływ w obiegach. Używa się do tego termostatów, które można przełączać z pozycji „ogrzewanie” na pozycję „chłodzenie”, i obiegi otwierają się, gdy temperatura w pomieszczeniu jest za wysoka. Można to również osiągnąć poprzez zamontowanie małego przekaźnika, który odwraca sygnały w przypadku chłodzenia.

Podsumowanie

Zmiany przepisów wyznaczających poziom efektywności energetycznej budynków są efektem nie tyko potrzeby działania na rzecz ochrony środowiska i zapobiegania zmianom klimatu, ale także postępu technicznego. Wymagania te nie znalazłyby się w przepisach budowlanych, gdyby nie jednoznaczne korzyści wynikające z zastosowania nowych technologii. Choć wymagają one wyższych nakładów inwestycyjnych, w trakcie eksploatacji przynoszą wymierne oszczędności eksploatacyjne, zapewniają równocześnie wysoki komfort użytkowania i korzyści zdrowotne dla użytkowników budynków. A z czasem staną się rozwiązaniami standardowymi.

Literatura

1. Rizvi Marta, Joniec Waldemar, Pasywny dom jednorodzinny prawie samowystarczalny energetycznie. Studium przypadku, „Rynek Instalacyjny” 6/2023, https://www.rynekinstalacyjny.pl/artykul/instalacje-c-o-grzejniki/158903,pasywny-dom-jednorodzinny-prawie-samowystarczalny-energetycznie 

2. Społeczna Inicjatywa Mieszkaniowa „KZN-Wielkopolska”, https://simkzn-wielkopolska.pl/ (dostęp: 13.06.2025)

3. Jakość środowiska wewnętrznego dostosowana do wymagań przekształconej w 2024 roku dyrektywy EPBD, „Rynek Instalacyjny” 4/2025, https://www.rynekinstalacyjny.pl/artykul/instalacje-wentylacyjne-klimatyzacyjne/175825,jakosc-srodowiska-wewnetrznego-dostosowana-do-wymagan-przeksztalconej-w-2024-roku-dyrektywy-epbd 

4. Uponor, Ogrzewanie/chłodzenie podłogowe – informacje techniczne, https://www.uponor.com/pl-pl/instalacje/produkty/ogrzewanie-podlogowe#technical (dostęp: 13.06.2025)

5. Purmo, Poradnik techniczny POLSKA 03/2020 – systemy ogrzewania i chłodzenia płaszczyznowego, https://www.purmo.com/docs/purmo-poradnik-techniczny-systemy-ogrzewania-i-chlodzenia-plaszczyznowego-03-2020.pdf (dostęp: 13.06.2025)

6. Materiały techniczne firm: Comap, Danfoss, KAN, Kisan, Purmo, Rehau, Uponor, Wavin