Podłogowe systemy grzewcze i klimatyzacyjne Rozwiązania dla przeszklonych fasad Maciej Danielak Duże, wielokondygnacyjne elewacje szklane są nowoczesnym i coraz częściej stosowanym rozwiązaniem architektonicznym, które zapewnia pełen dostęp światła dziennego do wnętrz. Jednocześnie przeszklenia te tworzą specyficzne warunki w zakresie utrzymania w budynkach komfortu cieplnego oraz doboru urządzeń grzewczych i klimatyzacyjnych. Projektanci i architekci nieustannie mierzą się z wyzwaniem, jakim jest ogrzewanie i klimatyzowanie pomieszczeń o przeszklonej fasadzie. Dobór odpowiednich parametrów w tym zakresie wynika głównie z kryterium energooszczędności i sprowadza się do zapewnienia zerowego bilansu energetycznego przegrody w zakładanym czasie, najczęściej podczas jednej doby. Innym ważnym kryterium jest jednak zapewnienie użytkownikom pomieszczeń optymalnych parametrów środowiska wewnętrznego przez naturalne lub sztuczne systemy energetyczne. Komfort cieplny a konwekcja zimnego powietrza Stosowanie ścian o dużym współczynniku przeszklenia wiąże się z pewnymi konsekwencjami, które należy przewidzieć dobierając system technicznego wyposażenia budynku. Nawet jeśli kwestię zapotrzebowania na ciepło w danym pomieszczeniu z przeszkloną fasadą można by było rozwiązać w stosunkowo prosty sposób, to problem intensywnych ruchów konwekcyjnych zimnego powietrza w kierunku podłogi (rys. 1, 2) może sprawę skomplikować. Opadanie powietrza wywołane jest lokalnym jego ochłodzeniem w wyniku kontaktu z zimną powierzchnią przeszkloną (o mniejszym współczynniku izolacyjności niż klasyczna przegroda budowlana).! Montaż tradycyjnych systemów grzewczych w budynkach o przeszklonej fasadzie często jest zbyt kosztowny i niepożądany ze względów estetycznych. Należy zatem znaleźć bardziej ekonomiczny system grzewczy, który dodatkowo będzie dyskretny, skutecznie ochroni przed zimnym powietrzem i w znacznym stopniu zapobiegnie zaparowywaniu szyb. Powierzchnie przeszklone do 3,5 m Do ekranowania zimnego powietrza w przypadku powierzchni przeszklonych o wysokości do 3,5 m za wystarczające rozwiązanie można uznać system podłogowych grzejników kanałowych. Kanały grzewcze powinny być zamontowane w miejscu optymalnym z punktu widzenia techniki grzewczej, bezpośrednio przed zimnymi powierzchniami okien. Oprócz ekranowania zimnego powietrza takie grzejniki będą pokrywać zapotrzebowanie na ciepło resztkowe. Po dopasowaniu ich mocy do zapotrzebowania na ciepło, czyli określeniu odpowiedniej długości, szerokości i wysokości, oraz wybraniu sposobu ogrzewania (konwekcja naturalna bądź wymuszona pracą wentylatora poprzecznego) mogą one również służyć do ogrzewania całego pomieszczenia. Takie rozwiązanie wykorzystano np. w budynku Muzeum Sztuki Współczesnej w Krakowie MOCAK (rys. 3 i 4). 1, 2. Wizualizacja przepływu strumieni powietrza w pomieszczeniu ze szklaną fasadą. Rozchodzeniu się strumienia zimnego powietrza mogą zapobiec grzejniki kanałowe wbudowane w podłogę przed przeszkleniem 38 Polski Instalator 2/2015
3, 4. System ogrzewania podłogowego w Muzeum Sztuki Współczesnej w Krakowie MOCAK. System ogrzewania podłogowego zastosowany w korytarzu przylegającym do szklanej fasady zapewnia optymalny przepływ konwekcyjny powietrza grzewczego, stanowiąc jedyne źródło ogrzewania. Jednocześnie jest niewidoczny z zewnątrz 5, 6. Zastosowanie fasadowego systemu grzewczego SlimKon w budynku Biblioteki Uniwersytetu Warszawskiego jako uzupełniającego ogrzewanie grzejnikami kanałowymi Powierzchnie przeszklone powyżej 3,5 m Jeżeli wysokość powierzchni przeszklonych przekracza 3,5 m, system kanałowych grzejników podłogowych jest niewystarczający nie zapewnia pełnego ekranowania zimnych powierzchni. Rozwiązaniem uzupełniającym może być wówczas fasadowy system grzewczy montowany na poziomej stolarce okiennej. Dzięki jego zastosowaniu ciepły, konwekcyjny strumień powietrza będzie kompensować opadający zimny strumień przy szybie. Kompensacja taka zmniejsza konwekcyjną wymianę ciepła z otoczeniem, czyli działa energooszczędnie. Fasadowy system grzewczy został zamontowany np. w budynku Biblioteki Uniwersytetu Warszawskiego (rys. 5, 6). Estetyka i wytrzymałość www.polskiinstalator.com.pl Systemy podłogowe niezależnie od ich wyposażenia i funkcji, jaką mają spełniać (grzanie, chłodzenie, wentylacja, integracja innych elementów wyposażenia budynku), można tak dobrać, aby swoim kształtem oraz kolorystyką wpisywały się w otoczenie, a nawet były prawie niezauważalne. W budynku Asseco w Warszawie kanałowe grzejniki podłogowe ulokowano np. między słupami, przy czym kratka maskująca kanał ma ten sam kolor, co fasada (rys. 7, 8). Wybór kolorystyki kratki maskującej jest właściwie nieograniczony. Dostępne są wszystkie kolory z palety RAL, ewentualnie różne kolory eloksowanego aluminium. Ponieważ kanałowe grzejniki podłogowe montowane są zwykle w miejscach ciągów komunikacyjnych, kratki maskujące, będące jedynym widocznym elementem zamontowanego urządzenia, muszą mieć odpowiednią wytrzymałość na obciążenia. Standardowo wynosi ona ponad 100 kg dla kratki aluminiowej, przy obciążeniu punktowym na jej środku. To bardzo duża wartość, ale jeśli jest niewystarczająca, można wybrać kratki wzmocnione lub z innych materiałów niż aluminium, np. ze stali nierdzewnej V4A o wytrzymałości punktowej ponad 400 kg. Ograniczona powierzchnia Moc grzewcza systemu kanałowego z konwekcją wymuszoną wynosi dla parametrów 75/65/20 C do 5,5 kw/mb, natomiast dla trybu chłodniczego wprowadzana do pomieszczenia moc chłodnicza zoptymalizowanego pod względem strumienia przepływu powietrza (rys. 9, 10) wynosi dla parametrów 6/12/26 C około 1,4 kw/mb. Jeżeli np. ze względu na brak miejsca nie jest możliwe zintegrowanie w podłodze wymaganego dla budynku systemu grzewczego, przy dużych przeszkleniach można zastosować konwektory kołpakowe. Istotne jest bowiem, aby grzejniki nie cechowały się radiacyjnym przekazem ciepła i były w niemal 100% konwekcyjne. Elementy radiacyjne umieszczone przy przeszklonej 39
7, 8. Budynek biurowy Asseco w Warszawie. Przy dużych przeszkleniach zastosowano dopasowany do stolarki okiennej grzewczy system podłogowy 9, 10. Porównanie profili przepływu powietrza systemu podpodłogowego w trybie chłodzenia: z wylotem powietrza niezoptymalizowanym pod względem krótkiego spięcia oraz z wylotem powietrza zoptymalizowanym pod względem krótkiego spięcia 11, 12. Ogrzewanie korytarzy w hotelu Spa Aquarius w Kołobrzegu: przy przeszklonej fasadzie konwektory kołpakowe oraz konwektory kanałowe montowane w podłodze fasadzie (transparentnej) oddają część ciepła bezpośrednio na zewnątrz. Konwektory kołpakowe zasadniczo pracują w podobnych warunkach jak konwektory kanałowe, czyli na tych samych parametrach wody grzewczej i nadają się do systemów niskotemperaturowych. Wybór ich wymiarów jest przy tym bardzo duży, ponadto producenci wykonują modele na specjalne zamówienie, dokładnie dopasowane pod względem długości i wysokości do konkretnych przeszkleń. Atutem jest również to, że grzejniki kołpakowe są zdecydowanie tańsze od konwektorów kanałowych (brak kratki maskującej z drogiego metalu kolorowego), mankamentem że zmniejszają powierzchnię użytkową przy fasadzie i wizualnie są mniej atrakcyjne. Przy wykorzystaniu zarówno grzejników podłogowych konwektorowych, jak i konwektorów 40 Polski Instalator 2/2015
13, 14. Ogrzewanie podłogowe w Galerii MCK w Krakowie. Dzięki tak rozwiązanemu systemowi odbiorników ciepła, nie pomniejszono powierzchni wystawowej i zachowano dowolność kreowania przestrzeni ekspozycyjnej kołpakowych rozwiązany został np. system ogrzewania korytarzy w Hotelu Spa Aquarius w Kołobrzegu (rys. 11, 12). Otwarta, duża przestrzeń Także we wnętrzach o otwartej przestrzeni i podwyższonej wysokości ulokowanie technicznego wyposażenia budynku w taki sposób, aby stało się ono możliwie niewidoczne, architektonicznie neutralne i nie pomniejszało powierzchni użytkowej, bywa sporym wyzwaniem dla inżynierów. Miejscem, w którym można zintegrować wyposażenie techniczne, często jest podłoga. Przykładem tak rozwiązanego systemu grzewczego jest ogrzewanie podłogowe w Galerii MCK w Krakowie, która powstała w kamienicy poddanej modernizacji (rys. 13, 14). Rozmieszczenie kanałów grzewczych wynikało z istniejących uwarunkowań konstrukcyjnych budynku, w które należało się wpisać. Ogrzewanie w podwyższeniu Umiejętność integracji systemów wyposażenia technicznego budynku oraz wpisania go w architekturę wnętrz i konstrukcję budynku w dużej mierze zależy od świadomości architektów oraz wczesnego zaangażowania w prace projektowe inżynierów branżowych. Dość częstym zabiegiem jest np. lokowanie systemu podłogowego w stopniu (podwyższeniu). Na takie rozwiązanie zdecydowali się projektanci budynku apartamentowego w Krakowie, przy ul. Miodowej (rys. 15, 16). Podwyższenie wraz z kanałem grzewczym znajduje się przy szklanej fasadzie. Wykonanie grzejników kanałowych w podwyższeniu może mieć na celu zwiększenie wysokości kanałów grzewczych i samych grzejników, a tym samym ich mocy, aby dostosować ją do zapotrzebowania. Rozwiązanie to stosuje się również wtedy, gdy nie ma możliwości montażu kanału w posadzce (za płytka posadzka, elementy konstrukcyjne w posadzce etc., rys. 18). Wykonanie kanału w podwyższeniu nie jest skomplikowane stosuje się standardowy system montażowy, ale wykonanie stopnia zależy od indywidualnego projektu. Obudowa kanałów i kratki maskujące mogą być wykonane z blachy malowanej na dowolny kolor z palety RAL. Ukształtowanie fasad i różnorodność form Możliwości dopasowania kanałowych, podłogowych systemów HVAC do architektury budynku są ogromne, a przykłady prezentowane na rys. 19-22, ilustrujące różnorodność form geometrycznych, materiałów, kolorystyki i rozwiązań montażowych, to jedynie niewielka część oferty w tym zakresie. Sam montaż kanałów, urządzeń grzewczych i elementów maskujących jest stosunkowo prosty, natomiast ogromne znaczenie ma dokładne wymierzenie i zwymiarowanie 15, 16. Zabudowa grzejnika kanałowego w podwyższeniu wzdłuż przeszklonej elewacji. Apartamentowiec przy ul. Miodowej w Krakowie www.polskiinstalator.com.pl 41
17, 18. System grzejników kanałowych, podłogowych do montażu nad posadzką rozwiązanie stosowane np. gdy nie ma możliwości umieszczenia kanałów w podłodze miejsca montażowego. Z doświadczenia polecam korzystanie z rysunków wykonawczych dostawców fasady. Najdokładniej odzwierciedlają one ogólną sytuację i detale wymiarowe w budynku. Przykłady przedstawione w artykule to realne rozwiązania systemu grzewczego, ewentualnie grzewczo-chłodzącego, w budynkach użytkowanych w Polsce. Jak widać, możliwości integracji podłogowych, kanałowych systemów HVAC z architekturą, konstrukcją i wyposażeniem budynku są obecnie bardzo duże. Jednak podczas projektowania zawsze należy pamiętać, że zadaniem nadrzędnym wobec estetyki i pomysłowości rozwiązania jest stworzenie odpowiedniego środowiska wewnętrznego w budynku w zakresie warunków komfortu i właśnie to zadanie najpierw musi być spełnione. Literatura: [1] PN-EN ISO 15251:2007, Kryteria środowiska wewnętrznego, obejmujące warunki cieplne, jakość powietrza wewnętrznego, oświetlenie i hałas [2] Materiały i zdjęcia z archiwum firmy Kampmann O AUTORZE dr inż. Maciej Danielak, autor niezależny 19-22. Możliwości w zakresie integracji systemów kanałowego ogrzewania podłogowego z architekturą budynku oraz wykończeniem wnętrz różnorodność form geometrycznych, materiałów, kolorystyki i rozwiązań montażowych. Kluczem do sukcesu jest dokładne zwymiarowanie miejsc montażowych 42 Polski Instalator 2/2015