Podno grijanje

Grijanje stambenih prostora zagrijavanjem podne konstrukcije bilo je poznato još u rimsko doba. Nazivali su ga hipo-kućnim grijanjem, kod kojega je prenositelj topline bio zrak, odnosno dimni plinovi koji su kružili po kanalima ispod kuće. Podno grijanje pripada takozvanim plošnim grijanjima, kojima još pripadaju i zidno i stropno grijanje. Cijevi su položene u pod i toplina zagrijane vode prenosi se od cijevi na podnu konstrukciju, a otuda na zrak u prostoru, prije svega u oblicima isijavanja i nešto manje konvekcije. Uz tlo su temperature najviše, a prema stropu padaju, dok je temperaturni profil po visini prostora najbliži – idealnom. Stara mudrost nas uči da treba imati tople noge i hladnu glavu.

Suvremeno podno grijanje razvilo se još prije Drugog svjetskog rata, samo što zbog poteškoća kod montaže, a prije svega radi uporabe čeličnih cijevi nije doživjelo rasprostranjeniju uporabu. U zadnje vrijeme, međutim, postaje sve omiljenije, posebno kod izgradnje niskoenergetskih kuća. Razlozi za to su sljedeći:

• brza montaža i niži troškovi radi uporabe novih materijala, prije svega plastičnih cijevi;
• poboljšana toplinska zaštita zgrada, a time i manja potrebna instalirana snaga naprava za grijanje omogućava iskorištavanje podne površine za grijanje;
• zbog niže temperature grijaćeg medija (od 40 do 60 ° Celzija) moguće je rabiti obnovljive izvore energije kao što je energija okolice (toplinske crpke) ili sunčeva energija (prijemnici sunčeve energije);
• proizvođači su pripremom podataka i priručnog pribora za projektiranje računalima omogućili jednostavnije i točnije dimenzioniranje podnoga grijanja.

Prednosti ispravno osmišljenog i planiranog sistema podnog grijanja su:

• veći ugođaj topline, jer su potrebne površinske temperature ovoga grijanja niže nego kod grijanja radijatorima;
• radi ugodnog profila temperature u prostoru, temperatura zraka u njemu može biti niža za 1 do 2° Celzija, što znači od 6 do 12 posto uštede energije;
• kruženje prašine u prostoru je manje radi manje intenzivnoga kruženja zraka.

Unatoč ovim prednostima podnoga grijanja, ono ima i neke nedostatke. Jedan od njih je velika ustrajnost, zbog koje se sistem teže odaziva na potrebu brze promjene kod izmjena toplinskih opterećenja u prostoru. Dakle, regulacija podnoga grijanja je teža, premda ovu slabost donekle ublažava dobra samoregulacija sistema. Kod povišenja temperature u prostoru se, naime, smanjuje temperaturna razlika između površine poda i zraka u prostoru, a time i isijavanje topline od strane podnoga grijanja. Podno grijanje se u prostorima s velikim staklenim površinama može kombinirati s radijatorskim, jer je usklađivanje dobitka topline (sunčeve energije) i potreba za toplinom dobivenom grijanjem prostora i lakše, i brže.

Dijagram 1: Specifično isijavanje topline neke podno grijane površine u ovisnosti o površinskoj temperaturi poda (pri temperaturi zraka u prostoru od 20 °Celzija)

Za poznato toplinsko opterećenje prostora i temperaturu zraka u tom prostoru potrebna je dovoljno visoka temperatura površine poda. Radi medicinsko-fizioloških odnosa, površinska temperatura poda je ograničena. Temperatura grijaćeg medija ne može biti visoka i ovisna je o načinu polaganja cijevi za podno grijanje, o podnim oblogama te rasporedu opreme u prostoru. Ova ograničenja često predstavljaju i poteškoće, jer raspoloživa slobodna površina poda treba biti dovoljno velika s obzirom na ukupno opterećenje toga prostora toplinom.

Mogu se preporučiti sljedeće temperature površine podova, ovisno o namjeni nekog prostora:

• od 26 do 28 ° Celzija u prostorima gdje se zadržavamo duže vrijeme (dnevne sobe, radne sobe, uredi);
• od 28 do 32 ° Celzija na rubnim dijelovima oko prozora i vanjskih zidova;
• 30 ° Celzija u prostorima gdje se zadržavamo povremeno (hodnici, WC);
• od 32 do 35 ° Celzija u kupaonicama, natkrivenim bazenima i kupalištima.

Za približnu ocjenu veličine potrebne površine poda može se koristiti sljedeći dijagram:

Slično kao i kod radijatora, toplina grijanih podova ovisi o dva čimbenika:

• o temperaturnim razlikama između srednje površinske temperature poda i srednje temperature zraka u prostoru;
• o prijelazu topline s površine poda na zrak u prostoru, koji se sastoji od isijavajuće i konvektivne komponente.

Usklađenost obaju čimbenika zahtijeva pri projektiranju podnoga grijanja znanje stručnjaka i poznavanje odgovarajućih podataka proizvođača elemenata podnog grijanja.

Kod izrade nacrta i izvođenja podnoga grijanja moramo znati da su ovdje ispravke pogrešaka i dogradnja sistema gotovo nemogući, ili zahtijevaju visoke dodatne troškove. Dakle, nije moguće da instalater bez poznavanja nekih podataka proizvođača i izračuna, ili bez izrađenog projekta sam izradi kvalitetan sistem podnoga grijanja. Već samo i zbog toga podno grijanje nije u prošlosti bilo previše omiljeno. Odluka za podno grijanje mora biti podloga za građevinski nacrt cijele kuće, jer moraju biti ispunjeni i neki građevinski uvjeti potrebni za dobro djelovanje sistema. To su prije svega – dobra toplinska zaštita zgrade, pravilan odabir podne obloge, dostatna visina podne konstrukcije za ugradnju, predviđeni raspored namještaja …

Troškovi za ugradnju suvremenog podnoga grijanja su u usporedbi s radijatorskim sistemima niži odnosno jednaki, ovisno o načinu ugradnje i izvedbe.

 NAČINI UGRADNJE

Prethodnici suvremenih podnih grijaćih sistema bili su građeni isključivo od čeličnih cijevi, a rjeđe od bakrenih; one bi se polagale ispod završnog sloja poda. Polagale su se u sloj suhoga pijeska ili u šuplje građevinske elemente s lamelama za poboljšanje provodnosti topline. Radi njihove visoke cijene ugrađivali su ih obično u prostore s posebnim zahtjevima. Načini ugradnje se ni danas u načelu nisu jako izmijenili, ali je uporaba plastičnih cijevi pojednostavnila neke postupke. Poznajemo dva osnovna načina ugradnje grijaćih cijevi: mokru i suhu ugradnju.

 Mokra ugradnja

Mokra ugradnja znači da položene cijevi podnoga grijanja zalijevamo betonom ili drugim materijalima koji su podloga za polaganje podnih obloga i osiguravaju prohodnost poda. Kod mokrih postupaka koristimo estrihe normalne (cementni, anhidritni) i lake izvedbe (pjenobetonski, glinoporni, lakoagregatni). Cijevi podnoga grijanja se mogu polagati na sloj toplinske i zvučne izolacije te pričvršćene na nosive elemente (armaturne mreže, pričvrsni kanali) ili u utore sistemskih ploča iz toplinske izolacije (pjenasti polistiren, poliuretan) te odgovarajuće oblikovane PE-folije. Debljina toplinske izolacije iznosi okvirno za sistem, položen u odnosu na pritisak naspram zemlje ili iznad negrijanih prostora, najmanje 40 milimetara, a za pritiske između etaža – najmanje 20 milimetara. Pri tome se mora poštovati preporuka, da vrijednost koeficijenta toplinske prohodnosti U_d [W/m²K] podne konstrukcije, gdje je ugrađeno podno grijanje, ne smije biti veća od 0,35 W/m²K. Prije betoniranja cijevi treba napuniti vodom i dobro pregledati jesu li posvuda zabrtvljene. Voda i pritisak moraju biti u cijevima tijekom čitavog vremena zalijevanja betonom.

Kod velikih površina treba se pobrinuti za dilataciju estriha. Preporuka je, da se u jednom komadu estrihom pokriva površina do najviše 30 kvadratnih metara. Kao završnu podnu oblogu možemo koristiti sve vrste kamenih, keramičkih, tekstilnih ili drvenih obloga. Načini polaganja cijevi mogu biti različiti, a nekoliko ih je prikazano na sljedećoj slici.

Kod mokre ugradnje podnoga grijanja važno je poštovati i upute za puštanje u rad. Kod nas nema propisa ili uputa koje bi određivale uvjete za puštanje u rad i iskušavanje grijanja pa stoga preporučujemo postupak po DIN 4725/4 i preporuke udruge za plošna grijanja iz Njemačke. To se nalaže izvođaču grijanja koji obavlja puštanje sistema u pogon, ispitivanje funkcionalnosti i primopredaju sistema. On o tome mora napraviti i zapisnik. Suradnja između izvođača grijanja i izvođača estriha je nužna. Prije puštanja u pogon sistem mora biti napunjen grijaćim medijem, a pritisak provjeren, i to prema podacima koje je propisao dobavljač opreme (obično 6 bara). Pokus mora trajati najmanje 24 sata. U međuvremenu pritisak u sustavu ne smije pasti. Prije zalijevanja sistem mora biti napunjen vodom pod tlakom 2 bara, sve dok se estrih ne osuši. Ako cementnom estrihu nisu dodana posebna veziva za brže sušenje, možemo započeti s grijanjem već 28 dana nakon zalijevanja, ali ne prije od 21. dana. Kod uporabe anhidritnog tekućeg estriha možemo započeti s grijanjem već 7 dana nakon zalijevanja. Podno grijanje je pripremljeno za ispitivanje funkcionalnosti, kod kojega moramo voditi računa o nekim preporukama. Mjerimo temperaturu estriha i u sistem puštamo vodu kojoj temperatura nije viša od izmjerene. Zatim temperaturu vode dnevno povećavamo za 3 do 5 ^oC, sve do najviše predviđene temperature podnoga grijanja (preporučuje se 55 ^oC). Kada je dosegnemo, sistem treba raditi najmanje jedan dan za svaki centimetar estriha (4 centimetra – 4 dana), uz neprestano zračenje prostora. Zatim mogućnosti sistema smanjujemo svaki dan za 5 do 10 ^o C, sve dok ne dođemo do temperature zraka u prostoru od 18 do 20 ^o C, odnosno temperature estriha od 15 do 18 ^o C.

 Nakon ispitivanja funkcionalnosti možemo započeti i s grijanjem namijenjenim pripremi poda za polaganje podne obloge. Pri tome je potrebno sudjelovanje polagača završne obloge i poštovanje zahtjeva koje on postavlja. Temperaturu dovodne vode podižemo na 25 ^oC za jedan dan, pri čemu osiguravamo da regulacija podnoga grijanja ne bude uključena. Prostore stalno zračimo, a estrih  sušimo na temperaturi grijaćeg medija koju je odredio izvođač estriha, ali ne višoj od 55 ^oC. Za provjeravanje stupnja isušenosti estriha možemo koristiti jednostavnu metodu s plastičnom folijom veličine 50 x 50 centimetra, koja se polaže na estrih i lijepi na rubovima. Ako se za 24 sata ispod folije ne pojave tragovi vlage, temperaturu možemo sniziti tako da dosegnemo temperaturu estriha od 18 ^oC. Vlagu mjerimo i karbidnom metodom, kod koje su najviše dopuštene vrijednosti navedene u tabeli br. 1. Ovu metodu mnogi izvođači ipak izbjegavaju, jer postoji relativno velika mogućnost oštećenja cijevi položenih u estrih.

Tabela br. 1: Najviše dopuštene vrijednosti kod mjerenja karbidnom metodom

Ako se podnim grijanjem služimo tijekom zime, odnosno kada postoji opasnost da podno grijanje zimi neće biti djelotvorno, cijevi moramo isprazniti (ispuhati) ili ih napuniti dodacima za grijaću vodu koji djeluju protiv smrzavanja.

 Suha ugradnja

Sistemi podnoga grijanja za suhu ugradnju odlikuju se malom težinom i manjom visinom potrebnom za montažu. Cijevi možemo polagati u tvornički izrađene sistemske izolacijske ploče, neposredno položene na armirano-betonske podloge ili ploče. U najnovijim izvedbama, koje koristimo prije svega pri obnavljanju prostora, gdje poteškoću predstavlja visina prostora, rabimo kapilarne sisteme. Plastične cijevi manjih promjera (4,3 x 0,9; 3,25 x 0,5 milimetra) polažu se s razmakom od 20 do 30 milimetara u sredinu sloja ljepila debljine 10 milimetara, na gipsane ploče debljine 25 milimetra ili na ploče iverice. Ovi su sistemi prikladni kako za grijanje, tako i za hlađenje prostora.

Posebni sistemi, koji se kod nas rijetko koriste, namijenjeni su za više temperature grijaćeg medija (između 60 i 90 °C). Oni sadrže meke čelične ili bakrene cijevi, koje polažemo s većim razmacima. Različito oblikovane lamele za poboljšanje prijenosa topline omogućuju ravnomjerniju raspodjelu topline. Takvi su sistemi prikladni za uporabu u neposrednoj kombinaciji s radijatorskim grijanjem.

PODNE OBLOGE I PODNO GRIJANJE

Utjecaj podnih obloga na površinsku temperaturu poda je različit. Vrsta i osobine podnih obloga moraju biti poznate projektantu podnoga grijanja i prije izrade nacrta. Važni su podaci o vrsti podne obloge, njezinoj debljini i toplinskoj provodnosti λ [W/mK], odnosno o toplinskom otporu obloge R_λ,B [m²K/W]. U tabeli br. 2 su prikazane neke vrijednosti za različite podne obloge.

Tabela br. 2: Toplinska provodnost i toplinski otpor nekih podnih obloga

Vrijednost toplinskog otpora podne obloge zajedno s mogućom podlogom ne smije biti viša od 0,15 m²K/W. Što je viša vrijednost toplinskog otpora, to viša mora biti i temperatura grijaćeg medija. Uzmimo kao primjer pod od plastične podne obloge, koja je dodatno prekrivena sagom, čiji toplinski otpor iznosi 0,15 m²K/W. Da bi dosegli jednako davanje topline, na primjer 50 W/m², moramo povisiti temperaturu grijaćeg medija za 8 °C. To opet utječe na energetsku učinkovitost naprave koja priprema toplu vodu za grijanje. Kod uporabe niskotemperaturnog izvora energije (toplinske crpke ili kondenzacijskog kotla) ne bismo mogli dosegnuti prikladnu, dovoljno visoku temperaturu grijaće vode. Zato je već kod izrade nacrta vrlo važno znati koje će se podne obloge koristiti, jer o tome ovise način polaganja cijevi, odabir vrste cijevi, visina temperature grijaće vode.

S obzirom na vrste podnih obloga, pri uporabi podnoga grijanja nema nekih posebnih upozorenja. Kod tekstilnih obloga i podloga može se samo preporučiti da se prvo provjeri imaju li na sebi posebnu oznaku, koja govori da su prikladne i za podno grijanje.

Za uspješno polaganje podnih obloga potrebno je pri polaganju utvrditi odgovarajuću mikroklimu i odabrati prikladne temeljne premaze, mase za izravnavanje, ljepila, mase za fugiranje, lakove i završne premaze kod drvenih obloga. Pri polaganju drvenih podnih obloga treba utvrditi ravnotežu između relativne zračne vlage u prostoru, vlage u drvu i vlage u cementnom estrihu. Moramo poznavati osobine drva i kakve je kakvoće, kakva mu je dimenzijska i oblikovna postojanost te stupanj vlažnosti. Naročito pažljivi moramo biti kod uporabe bukovine, jer ona vrlo brzo upija vlagu. Zato brzo reagira i na promjene vlage u prostoru, što izaziva nastajanje pukotina tijekom grijanja. Za polaganje bukovog parketa treba koristiti dvokomponentna reakcijska ljepila.

CIJEVI ZA PODNO GRIJANJE

Plastične cijevi za podno grijanje imaju mnoge prednosti pred čeličnim ili bakrenim cijevima. Ima manje poteškoća zbog rastezanja i iskrivljenja cijevi te samog načina polaganja. Za izradu cijevi najčešće se koriste polipropilen (P), polietilen (PE) ili polibuten (PB). Važno je znati da na vijek trajanja plastičnih cijevi jako utječu unutarnji tlak i UV-zrake. Važi načelo da je kod nižih temperatura grijaće vode njihov vijek uporabe duži, dok utjecaj UV-zraka smanjuju različiti dodaci kod izrade cijevi. Valja upozoriti i na utjecaj difuzije kisika. Kisik iz okolice prodire u unutrašnjost cijevi, veže se na grijaću vodu i potom izlučuje na metalnim dijelovima instalacija (kotlovi, razdjelnici …), gdje izaziva pojavu korozije. Većina proizvođača je našla rješenje u ugradnji posebnih, za kisik nepropusnih prepreka u stijenkama cijevi. To mogu biti aluminijske folije ili posebnim postupkom izrađene višeslojne stijenke cijevi. Taj se utjecaj može izbjeći i dodavanjem različitih kemijskih dodataka vodi ili fizičkim odjeljivanjem sistema podnoga grijanja od pripreme grijaće vode uporabom izmjenjivača.

Dimenzije cijevi određuje projektant koji izrađuje nacrt podnoga grijanja. Najčešće koristimo cijevi dimenzija 22 × 1 i 18 × 1 milimetar, a u zadnje vrijeme se vrlo učestalo koriste i cijevi mjera 10 × 1 milimetar, koje su prikladne i za uporabu kod zidnoga grijanja.

ZAKLJUČAK

Kod predviđanja većih radova obnovljivih izvora, prije svega sunčeve energije i energije uzete iz okoline, sistemi plošnoga grijanja, a naročito podnoga grijanja imaju pred sobom – lijepu budućnost. Kod odlučivanja za ugradnju podnoga grijanja moramo znati da su dobro pripremljeni projekt te dobra suradnja između izvođača građevinskih i instalacijskih dijelova glavni uvjet da će sistem podnoga grijanja raditi dobro i energetski učinkovito. Zato se držite toga da se o uporabi podnoga grijanja odlučuje prilikom izrade projekta za kuću, a ne u već postavljenoj kući. Projektiranje sistema prepustimo osposobljenim stručnjacima, a ne onima koji vam podno grijanje nude »na metre«.

Matjaž Malovrh, dipl. ing. str.