Czy Ogrzewanie Podłogowe Rzeczywiście Ma Tak Dużą Bezwładność i Tak Wolno Się Nagrzewa?

Ten wpis został poprawiony i przeniesiony na nowy blog. Jego najnowsza wersja znajduje się obecnie pod adresem:


http://www.sprawdzonewpraktyce.pl/2015/11/ogrzewanie-podlogowe-czy-ma-az-tak-duza-bezwladnosc-i-wolno-sie-nagrzewa/

Ogrzewanie podłogowe.

Instalacje Centralnego Ogrzewania (C.O.) to temat rzeka. Niekończące się wątki na forach internetowych, artykuły w specjalistycznych czasopismach, dyskusje i wymiany doświadczeń między użytkownikami sprawiają, że należy się temu przyjrzeć dokładniej. Jedni wolą kaloryfery, inni ogrzewanie nadmuchowe, są zwolennicy C.O. elektrycznego. A ja od początku chciałem w całym domu mieć ogrzewanie podłogowe i zrealizowałem swoje plany. Uważam, że jest to jedno z bardziej oszczędnych i bezproblemowych rozwiązań, które zapewnia komfort termiczny w domu. Poza tym jest to ogrzewanie niskotemperaturowe, które z powodzeniem może być wspomagane przez instalacje solarne lub pompy ciepła. 

Ale ten wpis nie dotyczy wad i zalet podłogówki, przynajmniej nie wszystkich. Tym razem chcę się skupić na poruszanych na forach internetowych dwóch "wadach" tego typu ogrzewania. Są to duża (niby) bezwładność i fakt, że podłogówka nie grzeje jak na podłodze są ułożone panele podłogowe. 

Kilka ciekawostek historycznych.

Nie wiem, czy wszyscy wiedzą, że ogrzewanie podłogowe było stosowane od IV w.p.n.e. (czwartego wieku przed naszą erą! ). Było to Hypocaustum, czyli system centralnego ogrzewania podłogowego.

"Pierwsze wersje" ogrzewania podłogowego.

Definicja z Wikipedii mówi, że:

Hypocaustum (łac. hypocaustum) rzymski system centralnego ogrzewania / ogrzewania podłogowego. Stosowany od IV w. p.n.e. w starożytnej Grecji i od I w. p.n.e. w starożytnym Rzymie. System Hypocaustum wykorzystywany był do ogrzewania domów, term publicznych i prywatnych gorącym powietrzem. Słowo dosłownie oznacza "podogień", od greckiego słowa hypo - poniżej lub pod spodem, i kaiein - spalić lub rozpalić ogień. W centralnym pomieszczeniu pod posadzką ustawiony był piec, który ogrzewał powietrze. Posadzka układana była na szeregu podpórek wysokości około 80 cm. Przestrzeń pomiędzy podpórkami tworzyła system kanałów, które wypełniało gorące powietrze. Dodatkowo pomieszczenia były niekiedy ogrzewane przez kanały utworzone w ścianach wykonanych ze specjalnych pustaków. Zazwyczaj uważa się że Hypocastum został wynaleziony przez Sergiusza Orata, choć nie jest to w pełni potwierdzone.

Jak widać, już starożytni Grecy i Rzymianie wiedzieli, że kiedy mamy ciepłą podłogę, to mamy ciepło na całym ciele. Te wersje ogrzewania, co prawda nie mają wiele wspólnego z obecnymi rozwiązaniami technologicznymi, ale zasada działania jest wciąż ta sama. Grzejemy dół, żeby u góry było przyjemnie.

O co tak na prawdę mi chodzi?

W tym wpisie chcę wam pokazać, na przykładzie mojego domu i mojej instalacji C.O., którą wykonywałem samodzielnie, bez pomocy specjalistów od ogrzewania, że:

• podłogówka wcale tak wolno nie reaguje na zmianę temperatury zasilania
• panele ułożone na ogrzewaniu podłogowym nie przeszkadzają w jego pracy (prawie wcale)

Mój dom, moja podłogówka.

Ja mieszkam w domu parterowym. Na całej powierzchni, prawie 130 metrów kwadratowych mam ogrzewanie w podłodze. Dodatkowo w łazienkach mam dwa kaloryfery drabinkowe. Całą instalację C.O. wykonywałem sam, z pomocą teścia i szwagra, ale jest to mój pomysł, mój projekt i to ja biorę odpowiedzialność za ewentualne błędy w działaniu C.O.

Moje C.O. to 7 pętli rurek w podłodze i dwa osobne podejścia pod kaloryfery. Najkrótsza z nich ma około 30 metrów, najdłuższa około 70 metrów. 

W zimną noc, z 12 na 13 lutego 2015 roku postanowiłem sprawdzić, jak reaguje ogrzewanie podłogowe na zmianę temperatury zasilania obwodów grzewczych.

Na początku muszę zaznaczyć, że u mnie podłoga nie jest ogrzewana przez cały czas. Wiem, że w przypadku tego typu ogrzewania nie jest to zbyt dobre rozwiązanie, ale po przeprowadzeniu opisanych tutaj pomiarów moje wątpliwości zostały rozwiane.

Ogrzewanie ułożone jest na solidnej warstwie izolacji termicznej. Na zagęszczonym piasku ułożyłem folię izolacyjną, na nią dwie warstwy, po 8 cm styropianu dach podłoga, ułożone naprzemiennie tak, aby wyeliminować szczeliny między płytami. Na to znowu folia i 10 cm zbrojonego betonu. Kolejna warstwa to folia izolacyjna po raz trzeci, następnie 5 cm (3+2 naprzemiennie) styropianu dach podłoga, na to srebrna folia pod ogrzewanie podłogowe, na której ułożyłem instalację C.O. Wszystko to zostało zalane wylewką betonową o grubości (od góry rurki do góry wylewki) ok 7 cm. Wylewka to solidny akumulator energii, który nagrzewa się wolniej niż kaloryfery, ale też zdecydowanie wolniej stygnie.

Wszystkie obwody grzewcze zostały podłączone do rozdzielacza z rotametrami, pompą obiegową i zaworem mieszającym sterowanym przez siłownik i sterownik. Przepływ na każdym z obiegów ustawiłem na około 2 l/min. 

Zawór mieszający z siłownikiem

Sercem całej instalacji jest sterownik firmy Frisko SR34-M1. Jest to prosty ale bardzo dobry sterownik, który mierzy temperaturę w domu i na zewnątrz i na tej podstawie, według krzywej grzania dobiera temperaturę zasilania ogrzewania. Ma sporo możliwości programowania, program dobowy, program ferie, możliwość wyboru kilku krzywych grzania (o agresywnym i łagodnym przebiegu), ustawienie temperatury jaka ma być w domu itp. Steruje on również załączaniem się pompy obiegowej, co ogranicza ilość zużytego prądu, bo pompa nie pracuje, jak w domu jest już wystarczająco ciepło. 

Sterownik Frisko SR34-M1, którego używam.

Krzywe grzania dla "mojego" sterownika.

Załączony wykres przedstawia krzywe grzania dla "mojego" sterownika. Te o numerach od 0 do 7 dedykowane są ogrzewaniu podłogowemu, a od 8 do 15 są dla kaloryferów. 

"Moja krzywa grzania", według której pracuje sterownik to numer 5. Wynika z niej, że jeśli w domu dążę do uzyskania temperatury 20 stopni Celsjusza a na zewnątrz jest -16 stopni Celsjusza to temperatura wody w ogrzewaniu będzie na poziomie 45-47 stopni. Jeśli jednak na zewnątrz będzie 0, to sterownik sterując zaworem mieszającym ustawi temperaturę w podłogówce na 35 stopni Celsjusza. Czyli oszczędzamy na ogrzewaniu kiedy jest cieplej, bo nie musimy zasilać instalacji C.O. zbyt gorącą wodą. Dodatkowo kiedy w domu osiągnę już zadaną temperaturę, to ogrzewanie będzie zasilane jeszcze przez 30 minut, po czym pompa zostanie wyłączona a zawór przełączony w pozycję "niebieską", czyli woda z powrotu z ogrzewania będzie kierowana na jego zasilanie. Kiedy temperatura obniży się poniżej zaprogramowanej wartości, zasilanie instalacji C.O. zostanie wznowione i podłoga znów będzie podgrzewana. 

W tym wpisie pokażę wam, jak zmieniają się temperatury w domu, temperatury zasilania ogrzewania, temperatury podłogi w zależności od pracy sterownika w ciągu jednej, zimowej nocy.

Na początek przedstawiam kawałek projektu mojego domu. Zaznaczyłem na nim miejsce gdzie mam kominek, bufor o pojemności 1000 litrów, rozdzielacz z pompą i sterownikiem oraz miejsca, w których mierzyłem temperaturę podłogi. Celowo wybrałem najbardziej oddalone pomieszczenie w domu aby sprawdzić, czy odległość od źródła ciepła ma wpływ na czas reakcji ogrzewania. Podłoga w pokoju pokryta jest panelami o grubości 8 mm, podłoga w kuchni to płytki ceramiczne. 

Linią czerwoną i niebieską zaznaczyłem przebieg rurek ogrzewania. Czerwona to zasilanie, niebieska to powrót zimnej wody z pomieszczenia. 

Ciepła woda pobierana jest z połączenia między kominkiem i buforem a kiedy w kominku nie pali się, to z samego bufora. 

Rozmieszczenie elementów mojej instalacji C.O.

Jeśli chodzi o ułożenie rurek w podłodze, to wygląda to mnie więcej tak jak na zdjęciu poniżej. Nie bawiłem się w żadne ślimaki czy inne kształty. Rury ułożyłem "w drabinkę", układając je od okna w stronę domu. Dzięki temu ciepła woda ogrzewa najpierw miejsca, które są najzimniejsze. Na zdjęciach zaznaczyłem również miejsca, w których dokonywałem pomiarów temperatury podłogi. 

Jeśli chodzi o "aparaturę pomiarową" to składała się ona z komputera, adaptera 1-wire DS9097E, który wykonałem samodzielnie, czujników temperatury DS18B20 oraz programu Maxitermo. Opis programu i układu pomiarowego możesz znaleźć na stronie autora, który udostępnia go za darmo.  Koszt całego "zestawu", nie licząc komputera PC zamknął się w kwocie 30 zł. Będę go opisywał jeszcze wielokrotnie na blogu, bo mam w zanadrzu kilka ciekawych wpisów, które opublikuję. 

Wykorzystany układ pomiarowy

Czujniki temperatury po prostu przykleiłem do podłogi taśmą klejącą. Podobnie postąpiłem z czujnikiem mierzącym temperaturę wody zasilania, na rozdzielaczu. Temperaturę zewnętrzną mierzyłem na wysokości 3 m nad gruntem.

Cały układ uruchomiłem w chwili, kiedy ogrzewanie już pracowało, więc na wykresie nie będzie widoczny moment startu instalacji. Niemniej jednak widoczna jest chwila, kiedy w nocy ogrzewanie włącza się i dogrzewa dom.

Najważniejszy obraz w tym wpisie to wykres temperatur zarejestrowany przez czujniki. Linia czerwona to temperatura zasilania ogrzewania mierzona za zaworem mieszającym. Kolor zielony to linia przedstawiająca temperaturę w pokoju, o którym już wspominałem, na wysokości 1,5 m. Linia u dołu wykresu to zarejestrowana temperatura zewnętrzna.

Plik z wykresem i wszystkimi ponad ośmiuset zarejestrowanymi wartościami temperatury możesz pobrać. Linki są na końcu wpisu. Temperatura rejestrowała się co minutę, co w zupełności wystarczyło na wychwycenie momentu, w którym ogrzewanie załączyło się w nocy. 

Wykres temperatur dla mojego ogrzewania podłogowego

Analiza wykresów.

Na "dzień dobry" musisz wiedzieć, że temperatura którą mam ustawioną w domu jako optymalną to 22,5 stopnia Celsjusza i do osiągnięcia tej wartości będzie dążył sterownik ogrzewania.

Zasilanie ogrzewania podłogowego zostało przez sterownik odłączone o godzinie 21:07. Wtedy w pokoju miałem 23,30 stopnia Celsjusza. W kominku rozpaliłem o 18:00. Dom był więc nagrzewany przez kominek i przez podłogówkę. O 19:41 w tym samym pokoju miałem 22,10 stopnia Celsjusza.

Czyli dogrzanie najbardziej oddalonego od źródła ciepła pomieszczenia o 1,2 stopnia zajęło 80 minut. 

Podłogówka wyłączyła się, ale w pokoju temperatura w dalszym ciągu wzrastała i osiągnęła 23,80 stopnia Celsjusza. To efekt palenia w kominku i ciepłej podłogi, która pod oknem miała 23,70 stopnia Celsjusza, a pod ścianą, bliżej wnętrza domu, 24,60 stopnia Celsjusza. Jak widać, bliskość co prawda dobrze ocieplonej ściany zewnętrznej i okna sprawiła, że podłoga na szerokości 3 metrów miała temperaturę różniąca się prawie o 1 stopień Celsjusza. A trzeba pamiętać, że ciepła woda płynie od okna w kierunku domu, oddając pod oknem najwięcej energii. 

Kiedy w kominku ogień przygasł, to od 22:49 temperatura w pokoju zaczęła powoli spadać. Z 23,80 stopnia spadła do 22,40 stopnia Celsjusza, które osiągnęła o 5:36 rano. W tym czasie na zewnątrz było prawie minus pięć stopni mrozu. Obniżenie temperatury na wysokości 1,5 metra w pomieszczeniu to nie tylko efekt wychładzania się domu ale również zmian w rozkładzie mas powietrza w domu. W nocy ogrzane powietrza wędruje swobodnie ku górze a zimne zostaje przy podłodze. gdybym czujnik umieścił wyżej, wskazania byłyby nieco wyższe. 

O godzinie 5:32 rano, więc prawie po 8,5 godzinie podłogówka włącza się na nowo. Podłoga troszkę wystygła i jej temperatury wynosiły odpowiednio, pod oknem 21,6( spadek z 23,70)  stopnia, a pod ścianą wewnętrzną 22,90( spadek z 24,60) stopnia Celsjusza. Czyli podłoga przy ścianie zewnętrznej stygnie szybciej. 

Woda zasilająca ogrzewanie bardzo szybko osiąga temperaturę ponad 40 stopni Celsjusza. Po 3 minutach z 18 robi się 48 stopni. Ciepła woda pobierana jest z bufora, bo w kominku już wygasło. 

I teraz mamy najciekawszy moment. O 5:32 włączyła się pompa obiegowa i podłogówka zaczyna pracować. Po 13 minutach temperatura podłogi (na której leżą panele podłogowe) pod oknem zaczyna rosnąć. O 5:51, czyli kolejne 6 minut później  podłoga pod ścianą w pokoju również zaczyna się na nowo rozgrzewać. Temperatury wzrastają bardzo szybko. Po 35 minutach punkty pomiarowe podłogi są już cieplejsze o 1 stopień Celsjusza. 

O 6:55 podłogówka ponownie wyłącza się, o w pokoju mamy już 22,70 stopnia Celsjusza. Po wyłączeniu zasilania, temperatury podłogi i w pokoju jeszcze rosną, korzystając z bezwładności ogromnego kaloryfera, jakim jest betonowa wylewka. 

Jak widać, wystarczyła godzina i 23 minuty, żeby w domu znów zrobiło się ciepło. Przez ten czas podłoga została zasilona ciepłą wodą, która podniosła temperaturę w domu z 22,40 stopnia do 23,20 stopnia Celsjusza. 

Na uwagę zasługuje jeszcze niebieska linia na wykresie. To temperatura podłogi w kuchni. Podłoga pokryta jest płytkami ceramicznymi. Jak wynika z wykresu i z załączonych wartości temperatur, jest ona cieplejsza od podłogi z panelami o około 1,5 do 2 stopni Celsjusza. Tyle właśnie "tracimy" jeśli mamy na podłodze podkład i panele podłogowe. Drewno niestety nie jest dobrym przewodnikiem ciepła. Gdybym w domu miał wszędzie płytki ceramiczne, to podłogę miałbym o 2 stopnie cieplejszą. 

Pętla ogrzewania w kuchni ma około 30 metrów długości i jest blisko rozdzielacza, rurki ogrzewające pokój mają około 60-70 metrów długości i są oddalone od rozdzielacza o około 15 metrów. Jak widać na wykresie, nie ma to znaczenia. Temperatura podłóg w obu pomieszczeniach zmienia się w tym samym czasie. Zarówno stygnięcie jak i nagrzewanie się podłogi. Ma to związek z tym, że na wszystkich pętlach mam ustawiony taki sam przepływ gorącej wody, około 2 litrów/minutę. Jednak dla naszych stóp cieplejsza będzie podłoga w kuchni, bo płytki lepiej przewodzą ciepło. 

Wnioski i podsumowanie.

• Ogrzewanie podłogowe ma dużą bezwładność, ale nie jest aż tak źle. Po włączeniu zasilania ogrzewania w ciepłą wodę wystarczyło około 15 minut, żeby temperatura podłóg zaczęła rosnąć. Nie ma znaczenia długość pętli. Zarówno krótka jak i długa pętla zaczęły grzać w tym samym czasie.
• Po 45 minutach od włączenia się zasilania ogrzewania podłogowego temperatura w pokoju zaczęła rosnąć.
• Ogrzewanie pracowało około 1,5 godziny, ale ciepło z podłogi było przekazywane do pomieszczeń jeszcze przez ponad 3 godziny. To zaleta dużej powierzchni "betonowego kaloryfera" i bezwładności tego typu ogrzewania. 
• Gdybym miał w sterowniku ustawioną krzywą grzania o bardziej agresywnym nachyleniu, to reakcja podłóg i zmiany temperatur byłyby jeszcze szybsze. Ale nie ma nic za darmo, musiałbym mieć więcej gorącej wody do dyspozycji.
• Jeśli na podłodze masz podkład i panele podłogowe, to podłoga w takim pomieszczeniu jest o około 2 stopnie zimniejsza, niż w sytuacji, gdybyś miał na podłodze płytki ceramiczne.  
• Temperatura w pokoju zmieniała się niewiele. Różnica między najwyższą wartością (23,80 stopnia Celsjusza) a najniższą (22,40 stopnia) to tylko 1,4 stopnia Celsjusza. Wahania temperatury były rozciągnięte w czasie około 6 godzin. To kolejna zaleta dużej bezwładności podłogówki.
• Decydując się na podłogówkę musimy wiedzieć, że nie będziemy w stanie szybko zmieniać temperatury w pomieszczeniu. Pierwsze nagrzanie "betonowego kaloryfera" będzie trwało długo, ale tak samo długo będzie on stygnął. Jak widać, kiedy ma on już odpowiednią temperaturę, wystarczy niewiele energii, aby podgrzać podłogę i pomieszczenia w domu. 
• Ogrzewanie podłogowe pozwala na utrzymanie w miarę stałej temperatury w pomieszczeniach i zapewnia wysoki komfort termiczny mieszkańców. 
• Jeśli chcemy oszczędzić na kosztach ogrzewania to ważne jest odpowiednie sterowanie instalacji C.O. Nie możemy marnować energii i przegrzewać domu ani doprowadzać do nadmiernego wychłodzenia się podłogi. Wtedy sporo energii zużyjemy na ponowne jej ogrzanie. Najlepiej gdybyśmy mieli tak jak ja, bufor z gorącą wodą, która miałaby cały czas stałą temperaturę na poziomie około 55-60 stopni Celsjusza i z którego sterownik pobierałby sobie potrzebną ilość ciepłej wody. 
• W sterowniku, który mam brakuje mi jednej funkcji. Powinien on mieć możliwość ustawienia minimalnej wartości temperatury wody w zasilaniu ogrzewania, poniżej której ona nie spadnie. Wtedy podłoga jeszcze wolniej wychładzała by się a jej nagrzewanie trwałoby krócej. 

Jeśli coś pominąłem, to proszę mnie poprawić, dodając komentarz do tego wpisu.

Jeśli chcesz pobrać pliki z wykresem oraz z zarejestrowanymi wartościami temperatur to załączam linki do nich.

• plik z wykresem
• plik z zarejestrowanymi wartościami temperatur