Nowoczesne systemy ogrzewania w zabytkowych dworach

Źródłami ciepła we dworach były dawniej kominki, proste piece stalowe lub żeliwne ustawiane w poszczególnych pomieszczeniach, a w późniejszym czasie piece kaflowe, często bogato zdobione. W ocalałych obiektach można spotkać układy centralnego ogrzewania, są to jednak instalacje montowane po drugiej wojnie światowej, oparte na rurach dużych średnic, wykonywane zazwyczaj bez wcześniej przygotowanego projektu. Mimo że w wielu przypadkach takie instalacje służą do dziś, ich użytkowanie jest nieekonomiczne, dlatego uzasadniona będzie wymiana instalacji grzewczej na nowoczesną i bardziej oszczędną.

W wypadku obiektów zabytkowych proces inwestycyjny przebiega inaczej niż dla budowli współczesnych. Przy wymianie istniejących instalacji lub budowaniu ich od podstaw utrudnieniem dla inwestora jest konieczność postępowania zgodnie z wytycznymi konserwatora zabytków i obowiązującymi przepisami, m.in. ustawą o ochronie zabytków i opiece nad nimi [1]. Wymianę lub montaż nowej instalacji poprzedzać powinna zarówno analiza ekonomiczna, jak i możliwości wykonania nowej instalacji. Obliczenie zapotrzebowania na ciepło, wybór źródła ciepła, obliczenie przewodów przeprowadza się tak samo, jak dla każdej nowo projektowanej instalacji.

Obliczanie zapotrzebowania na ciepło

Przystępując do wykonania obliczeń zapotrzebowania na ciepło w budynku zabytkowym, można trafić na elementy, o których brakuje informacji w dostępnych na rynku programach wspomagających projektowanie. Są to np. okna i drzwi już dawno niestosowane, dlatego współczynniki potrzebne do wykonania strat ciepła trzeba w takim wypadku wyliczyć indywidualnie.

Do budowy dworów używano rozmaitych materiałów. W wieku XVII i XVIII popularne było drewno, później zaczęto stosować technologię murowaną. W XIX w. powszechne stało się budowanie dworów na kamiennych fundamentach, ze ścianami z cegły pełnej z zaprawą wapienną. Dachy na konstrukcji drewnianej pokrywano dachówką ceramiczną, natomiast stropy stanowiły belki drewniane, często z wypełnieniem glinianym.

Okna wykonywano z drewna w tzw. konstrukcji skrzyniowej – dla zachowania charakteru obiektu wielu inwestorów decyduje się na ich pozostawienie i poddaje je tylko prostej renowacji. Bardzo trudno jednak osiągnąć wysoką szczelność takich okien, stanowią więc jedną z głównych dróg utraty ciepła. Kolejnym miejscem odpowiedzialnym za znaczące straty ciepła jest zwykle poddasze. Zazwyczaj nie było ono zagospodarowywane i w ocalałych dworach częste są nieszczelności między dachem a szczytem murów zewnętrznych (fot. 2). Wady te należy usunąć.

Na poddaszu można np. położyć warstwę materiału izolacyjnego, która pomoże osiągnąć niższy współczynnik przenikalności cieplnej. W obiektach zabytkowych zazwyczaj nie wykonuje się tzw. ocieplenia ścian zewnętrznych, z uwagi na bogate zdobienia elewacji, które zostałyby podczas takiego zabiegu zniszczone. Obliczanie zapotrzebowania na ciepło (obciążenia cieplnego budynku) bardzo szczegółowo opisano w normie PN-EN 12831:2006 [2], która zastąpiła starszą i powszechnie stosowaną normę PN-B-02025 [3].

Przed przystąpieniem do obliczeń należy ustalić z inwestorem niektóre parametry, mogące się różnić od obecnie przyjmowanych wartości normowych. Są to:

1. określenie wartości projektowej temperatury zewnętrznej i średniej rocznej temperatury zewnętrznej,
2. określenie statusu każdej przestrzeni (czy jest ogrzewana, czy nie) oraz wartości projektowej temperatury wewnętrznej dla każdej przestrzeni ogrzewanej,
3. określenie charakterystyk wymiarowych i cieplnych wszystkich elementów budynku dla każdej przestrzeni ogrzewanej i nieogrzewanej,
4. obliczenie wartości współczynnika projektowej straty ciepła przez przenikanie i następnie projektowej straty ciepła przez przenikanie przestrzeni ogrzewanej,
5. obliczenie wartości współczynnika projektowej wentylacyjnej straty ciepła i wentylacyjnej straty ciepła przestrzeni ogrzewanej,
6. obliczenie całkowitej projektowej straty ciepła,
7. obliczenie nadwyżki mocy cieplnej przestrzeni ogrzewanej, czyli dodatkowej mocy cieplnej potrzebnej do skompensowania skutków przerw w ogrzewaniu,
8. obliczenie całkowitego projektowego obciążenia cieplnego przestrzeni ogrzewanej.

Po wykonaniu powyższego algorytmu uzyskuje się wyniki dla wszystkich przestrzeni ogrzewanych.

Dla określenia całkowitego projektowego obciążenia cieplnego budynku, na podstawie którego będzie można dobrać źródło ciepła (np. kocioł), dalsze obliczenia należy wykonać według poniższego schematu [2]:

1. obliczenie sumy projektowych strat ciepła przez przenikanie we wszystkich przestrzeniach ogrzewanych bez uwzględnienia ciepła wymienianego wewnątrz określonych granic instalacji,
2. obliczenie sumy projektowych wentylacyjnych strat ciepła wszystkich przestrzeni ogrzewanych bez uwzględniania ciepła wymienianego wewnątrz określonych granic instalacji,
3. obliczenie całkowitej projektowej straty ciepła budynku,
4. obliczenie całkowitej nadwyżki ciepła budynku wymaganej do skompensowania skutków przerw w ogrzewaniu,
5. obliczenie obciążenia cieplnego budynku. 

Całkowitą projektowaną stratę ciepła oblicza się ze wzoru podanego w [2]:

gdzie:
Φ_{T, i} – projektowa strata ciepła ogrzewanej przestrzeni (i) przez przenikanie [W],
Φ_{V, i} – projektowa wentylacyjna strata ciepła ogrzewanej przestrzeni (i) [W].

Projektowaną stratę ciepła przestrzeni ogrzewanej przez przenikanie Θ_T, i oblicza się następująco [2]:

gdzie:
H_{τ, ie} – współczynnik straty ciepła przez przenikanie z przestrzeni ogrzewanej (i) do otoczenia (e) przez obudowę budynku [W/K],
H_{τ, iue}– współczynnik straty ciepła przez przenikanie z przestrzeni ogrzewanej (i) do otoczenia (e) przez przestrzeń nieogrzewaną (u) [W/K],
H_{τ, ig}– współczynnik straty ciepła przez przenikanie z przestrzeni ogrzewanej (i) do gruntu (g) w warunkach ustalonych [W/K],
H_{τ, ij}– współczynnik straty ciepła przez przenikanie z przestrzeni ogrzewanej (i) do sąsiedniej przestrzeni (j) ogrzewanej do znacząco różnej temperatury, tzn. przyległej przestrzeni ogrzewanej w tej samej części budynku lub w przyległej części budynku [W/K],
Θ_{int, i} – projektowa temperatura wewnętrzna przestrzeni ogrzewanej (i) [°C],
Θ_e – projektowa temp. zewnętrzna [°C]. 

Z uwagi na specyfikę obiektów, jakimi są zabytkowe dwory, szczególną uwagę należy poświęcić współczynnikowi straty ciepła przez przenikanie z przestrzeni ogrzewanej do otoczenia poprzez obudowę budynku (Hτ, ie). Oblicza się go zgodnie ze wzorem [2]:

gdzie:
A_k – powierzchnia elementu budynku (k) [m2],
U_k – współczynnik przenikania ciepła przegrody (k) [W/(m2K)],
e_k, e_l – współczynniki korekcyjne ze względu na orientację, z uwzględnieniem wpływów klimatu, takich jak: różne izolacje, absorpcja wilgoci przez elementy budynku, prędkość wiatru i temperatura powietrza, w przypadku gdy wpływy te nie zostały wcześniej uwzględnione przy określaniu wartości współczynnika Uk,
Ψ_l – współczynnik przenikania ciepła liniowego mostka cieplnego (l) [W/(mK)],
I_l – długość liniowego mostka cieplnego (l) między przestrzenią wewnętrzną a zewnętrzną [m].

Dla przegrody jednorodnej współczynnik przenikania ciepła przyjmuje postać:

gdzie:
λ – współczynnik przewodzenia ciepła [W/(mK)],
d – grubość przegrody [m] (element istotny z uwagi na dużo większe grubości ścian niż w budowlach współczesnych).

Współczynnik przewodzenia ciepła jest cechą charakteryzującą materiał. W prowadzonych obliczeniach jego znaczenie jest szczególnie ważne, ponieważ zabytkowe dwory budowano z materiałów innych niż obecnie. Powszechna była cegła pełna, dla której normy [7, 8] podają współczynnik przewodzenia ciepła w wysokości 0,77 W/(mK) dla warunków średniowilgotnych i 0,91 W/(mK) dla warunków wilgotnych. Dla porównania warto zwrócić uwagę na wartości tego współczynnika w przypadku obecnie popularnych materiałów.

Przykładem może być beton komórkowy, dla którego norma podaje wartość od 0,25 do 0,38 W/(mK) dla warunków średniowilgotnych, w zależności od gęstości materiału. Podczas obliczeń uwzględnia się także pomieszczenia piwniczne, których ściany wykonywane były często z kamienia, dla których norma podaje λ = 2,5 W/(mK) dla warunków średniowilgotnych oraz 2,8 dla warunków wilgotnych. W normach [7, 8] znaleźć można także wartości współczynników λ dla drewna różnych gatunków oraz gliny – są one przydatne przy obliczaniu strat ciepła dla stropów i dachów zabytkowych dworów.

Wybór źródła ciepła

Mając obliczone zapotrzebowanie na ciepło, można przystąpić do doboru właściwego jego źródła. Na rynku dostępnych jest wiele produktów, a do ogrzewania dworu użyć można każdego rodzaju paliwa. Zgodnie z rozporządzeniem w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie, kocioł na olej opałowy lub gaz umieścić można w pomieszczeniu o wysokości min. 1,9 m (dla budynków wzniesionych przed 15.12.2002 r. [4]). Pomieszczenie przeznaczone na kotłownię powinno mieć kubaturę min. 8 m3 dla kotłów z otwartą komorą pobierających powietrze do spalania z pomieszczenia i 6,5 m3 dla kotłów z komorą zamkniętą [4]. 

Zabytkowe dwory w większości posiadają niezagospodarowane pomieszczenia piwniczne, które spełniają powyższe wymagania. Kotły na olej opałowy lub gaz płynny mogą się jednak okazać niepraktycznym rozwiązaniem, gdyż wymagają budowy zbiornika na paliwo, a uzyskanie zgody konserwatora zabytków na taką inwestycję nie będzie łatwe. Ponadto zbiornik umieszczony wokół zabytkowego dworu (zazwyczaj także parku) zakłóci walory estetyczne obiektu. Obiekty takie wznoszono na terenach wiejskich, często w dużej odległości od obecnie istniejącej infrastruktury, nie zawsze jest więc możliwe (lub ekonomicznie uzasadnione) podłączenie budynku do sieci z gazem ziemnym. 

Rozwiązaniem może być także wybór paliwa stałego jako źródła ciepła. W ostatnim czasie popularność zyskują paliwa ekologiczne, takie jak pelety ze słomy. Na rynku dostępne są kotły przystosowane do spalania tego paliwa. Można rozważyć zakup kotła przystosowanego zarówno do spalania peletów, jak i drobnego węgla, tzw. ekogroszku – fot. 3.Kotły tego rodzaju są zazwyczaj w pełni automatyczne i wymagają od użytkownika wyłącznie uzupełniania zasobnika na paliwo oraz systematycznego czyszczenia (producenci zalecają czyszczenie kotła zasilanego ekogroszkiem co 4–5 dni lub co 3–4 dni przy zasilaniu peletami [9]).

Wybór materiałów instalacji

Obliczanie przewodów instalacji grzewczej w zabytkowych obiektach przeprowadza się identycznie jak w przypadku innych budynków, np. na podstawie normy PN-EN 12828:2006 [6]. Specyficzny jest natomiast wybór materiałów do budowy instalacji. Z przyczyn estetycznych zabytkowe dwory należy traktować w sposób szczególny i wybierać materiały, które w miarę możliwości wpiszą się w dworskie otoczenie. Dotyczy to w szczególności elementów, których nie sposób ukryć, takich jak grzejniki. Na krajowym rynku dostępne są produkty, których wygląd i konstrukcja mogą pasować do wystroju wnętrz. Są to produkty o klasycznym wyglądzie, wykonane zazwyczaj z żeliwa (fot. 4).

Podsumowanie

Renowacja zabytkowych dworów jest procesem złożonym. Decydując się na taką inwestycję, należy mieć świadomość, że roboty budowlane i instalacyjne będą przebiegać inaczej niż w przypadku współczesnych budowli. Trzeba podjąć próbę ocalenia zabytkowej architektury przy jednoczesnym wdrożeniu nowoczesnych rozwiązań technicznych. 

Dzięki bogatej ofercie rynkowej produktów instalacyjnych możliwe będzie wyposażenie budowli w nowoczesne układy ogrzewania, które znacząco obniżą koszty eksploatacji i nie zniszczą jej zabytkowej formy. Przyczyni się to z pewnością do przywrócenia tym obiektom dawnej świetności i pomoże utrzymać właściwy stan techniczny przez kolejne kilkadziesiąt lat. 

Literatura

1. Ustawa z dnia 23 lipca 2003 r. o ochronie zabytków i opiece nad zabytkami (DzU nr 162/2003, poz. 1568, ze zm.).
2. PN-EN 12831:2006 Instalacje ogrzewcze w budynkach. Metoda obliczania projektowego obciążenia cieplnego.
3. PN-B-02025 Obliczanie sezonowego zapotrzebowania na ciepło do ogrzewania budynków mieszkalnych i zamieszkania zbiorowego.
4. Rozporządzenie z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 75/2002, poz. 690, ze zm.).
5. PN-B-02411-1987 Kotłownie na paliwo stałe. 
6. PN-EN 12828:2006 Instalacje ogrzewcze w budynkach. Projektowanie wodnych instalacji centralnego ogrzewania.
7. PN-EN ISO 6946 Opór cieplny i współczynnik przenikania ciepła.
8. PN-EN 12524:2003 Materiały i wyroby budowlane. Właściwości cieplno-wilgotnościowe. Tabelaryczne wartości obliczeniowe.
9. Dudziak A., Armatura w nowoczesnych układach grzewczych i przygotowania c.w.u., „Polski Instalator” nr 3/2011.
10. www.klimosz.pl.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!