Ogrzewanie akumulacyjne, przewody grzejne co 8 czy 16 cm?

Odpowiednio dobrana moc ogrzewania grzewczego decyduje o wydajności całego systemu, a zatem o komforcie, na jaki mogą liczyć mieszkańcy. Jeśli przewód grzejny będzie rozłożony w zbyt dużych odległościach od siebie, nie uda się osiągnąć optymalnego ciepła. Wpłynie to także na rozkład ciepła na podłodze. Sprawdź, jak prawidłowo zaprojektować ogrzewanie podłogowe do domu.

Charakterystyka ogrzewania powierzchniowego do domu

Typowa instalacja ogrzewania za pomocą kaloryferów ma charakter punktowy. Gorąca woda wpływa do wymiennika ciepła, którym jest grzejnik, a ten przekazuje energię cieplną do otoczenia. Tego typu rozwiązanie posiada jednak pewną wadę - najcieplejsze powietrze znajduje się zawsze obok kaloryfera, natomiast w najbardziej oddalonym od niego punkcie może panować nadal zimno.

Ogrzewanie podłogowe do salonu lub kuchni ma charakter powierzchowny. Z założenia powierzchnia wymiany energii cieplnej ma być jak największa. Idealną realizacją takiego pomysłu byłoby ułożenie przewodu raz obok razu. Technicznie nie jest to jednak ani możliwe, ani opłacalne. W celu zmniejszenia kosztów przewód grzejny montuje się w liniach oddalonych od siebie o pewną odległość. Z tego powodu rozkład temperatury nie jest idealnie jednolity.

Rozkład obszarów ciepła będzie zależny od mocy systemu grzewczego oraz odległości między kolejnymi przewodami grzejnymi. Aby uzyskać komfortowe warunku, konieczne jest prawidłowe dobranie tych parametrów.

Od czego zależny jest rozkład temperatury na podłodze?

W celu dokładnego określenia temperatury na każdym obszarze podłogi należałoby wziąć pod uwagę bardzo dużą ilość czynników:

• Wspomniana wcześniej moc grzewcza decyduje o tym, jak duże ilości ciepła wytwarzać będą same przewody. Im dalej od źródła elektrycznego ogrzewania, tym temperatura będzie niższa.
• Gęstość ułożenia przewodu w płycie fundamentowej. Można przyjąć, że połowa odległości między kolejnymi fragmentami kabla wyznacza promień, w którym instalacja musi ogrzać wylewkę fundamentową. W praktyce pola emisji ciepła nakładają się na siebie, jednak nie ma to wpływu na szacunkowe wyliczenie potrzebnej mocy przewodów.
• Grubość płyty fundamentowej. Im większa będzie masa wylewki, tym więcej ciepła będzie mogła ona zgromadzić. Jednocześnie na jej górnej powierzchni rozkład temperatury będzie bardziej jednolity.
• Rodzaj wykończenia podłogi. Często się o tym zapomina, jednak to, jak ma zostać wykończona podłoga w łazience, kuchni czy salonie, ma wpływ na zachowanie się energii cieplnej i rozkład temperatury na powierzchni.  
• Izolacyjność termiczna budynku. Ma wpływ przede wszystkim na ilość ciepła, jaka musi być wytworzona do ogrzania całego budynku. W nowoczesnych budynkach instalacja elektrycznego ogrzewanie może mieć niższe parametry niż analogiczne rozwiązanie zamontowane do starego budynku o wysokim zapotrzebowaniu cieplnym.
• Dziesiątek mniej ważnych parametrów, które jednak mogą ostatecznie wpłynąć w znaczący sposób na rozkład temperatury na powierzchni podłogi.

Uwzględnienie wszystkich parametrów wymaga dużego doświadczenia w zakresie projektowania instalacji ogrzewania podłogowego. Dlatego warto zlecić to specjalistom. Natomiast poniżej chcieliśmy skupić się tylko na jednej zmiennej, aby jeszcze lepiej zobrazować, jak wpływa ona na skuteczność działania domowego ogrzewania elektrycznego.

Elektryczne ogrzewanie płyty fundamentowej

Umieszczenie przewodów grzejnych w płycie fundamentowej jest dość często stosowane. Ze względu na dużą masę fundamentu działa on w podobny sposób jak magazyn cieplny. W efekcie można uruchomić domowe ogrzewanie elektryczne w czasie, gdy dostępny jest tani prąd (z fotowoltaiki lub tańszej nocnej taryfy elektrycznej), natomiast zgromadzona energia będzie się powoli uwalniać, ogrzewając dom przez kolejne godziny.

Jak gęsto układać przewód grzejny?

Konieczne jest uzyskanie odpowiedniej mocy. Im więcej metrów przewodów zmieści się wewnątrz wylewki fundamentowej, tym więcej energii cieplnej zostanie wyprodukowane.

• Poniżej zamieszczamy dwa przypadki instalacji ogrzewania płyty betonowej o grubości  15 cm.
• W obu zastosowano ten sam przewód grzejny o mocy 10 W/m, jednak na początku będzie on rozmieszczony co 16 cm, natomiast w drugim przypadku - co 8 cm.

Przewód grzejny rozmieszczony co 16 cm

W płycie fundamentowej umieszczono przewód grzejny o mocy 10 W/m w odstępach co 16 cm. Następnie wykonano analizę rozkładu temperatury na powierzchni płyty. Jakie były wnioski z obserwacji?

Rozkład temperatury przy przewodach grzewczych rozmieszczonych co 16 cm. 

Na diagramie widać zielone pręgi - jest to ślad położonych przewodów grzejnych. W tych miejscach temperatura osiąga powyżej 28°C. Ze względu na duże odległości, przestrzeń pomiędzy przewodami nie nagrzała się w wystarczającym stopniu, osiągając nawet poniżej 25°C. W efekcie zgromadzone tak ciepło nie da rady ogrzać domu.

Przekrój boczny płyty fundamentowej z przewodem grzewczym rozmieszczonym co 16 cm.

Omawiana sytuacja jest jeszcze lepiej widoczna w przekroju bocznym. Widać wyraźnie oddzielone miejsca prowadzenia przewodu grzejnego. Generowane ciepło nie jest jednak w stanie ogrzać dużej przestrzeni pomiędzy przewodami.

Przewód grzejny rozmieszczony co 8 cm

W tej samej płycie betonowej o grubości 15 cm umieszczono takie same przewody grzejne o mocy 10 W/m, jednak w dwukrotnie mniejszych odstępach. W efekcie uzyskano zupełnie inny diagram rozkładu temperatury:

Rozkład temperatury przy przewodach grzejnych rozmieszczonych co 8 cm.

Warto zauważyć, że zmniejszając dwukrotnie odległości między kolejnymi przewodami grzejnymi, uzyskano dwukrotnie wyższą moc grzewczą na danej powierzchni. Dzięki temu osiągnięte temperatury są znacznie wyższe. Wykres temperatury jest również bardziej płaski, co świadczy o jednolitym rozkładzie temperatury z pominięciem jedynie krawędzi płyty fundamentowej.

Jak wygląda to w przekroju bocznym?

Przekrój boczny płyty fundamentowej z przewodem grzewczym rozmieszczonym co 8 cm.

Widać, że rozkład temperatury jest znacznie bardziej równomierny. Jednocześnie można zauważyć, że temperatura całej pyty jest znacznie wyższa, osiągając ponad 40°C. Oznacza to, że w wylewce betonowej zmieściło się znacznie więcej energii cieplnej, która może teraz posłużyć do ogrzewania domu przez resztę dnia.

Wnioski z analizy ogrzewania elektrycznego płyty fundamentowej

Porównując oba przypadki, warto pamiętać, że przy odległości 8 cm pomiędzy kolejnymi przewodami grzejnymi wykorzystano dwukrotnie więcej kabla. Efekty jednak doskonale widać na zamieszczonych grafikach. W pierwszym przypadku czas nagrzewu jest znacznie wydłużony, by płyta mogła zgromadzić odpowiednią energię cieplną. Osiągnięta temperatura sięga maksymalnie poziomu 29,4°C. Oznacza to, że elektryczne ogrzewanie podłogowe będzie musiało być uruchomione ponownie, by dogrzać budynek.

Przy zastosowaniu większej ilości przewodów grzejnych uzyskano znacznie wyższą temperaturę płyty fundamentowej (36,13°C). Choć do nagrzania betonu potrzebne było więcej energii elektrycznej, zgromadzone ciepło wystarczy do zapewnienia komfortowych warunków na cały dzień. Jednocześnie nagrzanie podłogi do pożądanego poziomu nastąpiło znacznie szybciej.

Zwracamy także uwagę na równomierne rozłożenie temperatury w drugim wariancie, przy zastosowaniu większej ilości przewodów grzewczych do salonu lub kuchni.

Choć wydawać się może, że zwiększenie mocy grzewczej instalacji oznaczać będzie większe zużycie prądu, w ogólnym rozrachunku jest dokładnie odwrotnie. Szybsze osiągnięcie optymalnego poziomu ciepła oraz dłuższe utrzymywanie wysokiej temperatury przez pytę grzewczą, pozwala na wykorzystanie tańszej taryfy lub przydomowej instalacji fotowoltaicznej. W efekcie rachunki za ogrzewanie będą znacznie mniejsze, a komfort w mieszkaniu - nieporównywalnie większy!

• Przeczytaj również: Symulacja pracy przewodu grzejnego w płycie fundamentowej.