Duże przeszklenia w salonie a ogrzewanie podłogowe. Inżynieryjna analiza stref brzegowych, strat ciepła i strat ciśnienia

Fizyka strat ciepła przy dużych przeszkleniach

Podstawą zwymiarowania mocy emisyjnej podłogówki przy przeszkleniach jest dokładne wyznaczenie strat ciepła przez przenikanie Q_tr [W] wg normy PN-EN 12831. Strumień energii uciekającej przez przegrodę glass wyznacza równanie:

Q_tr = A_okna * U_w * (T_wew – T_zew)

Dla okna tarasowego o szerokości 5 m i wysokości 2,6 m (powierzchnia A_okna = 13 m²) o współczynniku przenikania ciepła U_w = 0,8 W/(m²*K), przy temperaturze wewnętrznej T_wew = 20 stopni Celsjusza i zewnętrznej T_zew = -20 stopni Celsjusza (III strefa klimatyczna), straty wynoszą:

Q_tr = 13 * 0,8 * (20 – (-20)) = 13 * 0,8 * 40 = 416 W

Dla porównania, ta sama powierzchnia dobrze wyizolowanej ściany (U = 0,15 W/(m²*K)) generuje straty na poziomie jedynie 78 W. Powstająca różnica mocy wymusza dostarczenie w bezpośrednim sąsiedztwie okna wyższego strumienia gęstości ciepła q [W/m²].

Projektowanie zagęszczonej strefy brzegowej

Zgodnie z normą PN-EN 1264, dopuszczalna temperatura powierzchni posadzki T_podloga w strefie stałego pobytu ludzi wynosi 29 stopni Celsjusza. W tak zwanej strefie brzegowej (pasie o szerokości do 1 metra wzdłuż ścian zewnętrznych i przeszkleń) norma zezwala na podniesienie temperatury posadzki do 33 stopni Celsjusza.

Maksymalny strumień gęstości ciepła q_max oddawany przez posadzkę drogą promieniowania i konwekcji wynosi:

q = alpha * (T_podloga – T_wew)

Przyjmując współczynnik przejmowania ciepła alpha = 10,8 W/(m²*K):

• W strefie mieszkalnej (T_podloga = 26 stopni Celsjusza): q = 10,8 * (26 – 20) = 64,8 W/m²
• W strefie brzegowej przy oknie (T_podloga = 31 stopni Celsjusza): q = 10,8 * (31 – 20) = 118,8 W/m²

Uzyskanie tak wysokiej gęstości strumienia wymaga zagęszczenia rozstawu rur (np. zmiana podziałki z VA = 15 cm lub 20 cm na VA = 7,5 cm lub 10 cm na długości pierwszego metra od okna). Zagęszczenie rur zwiększa lokalną temperaturę jastrychu i tworzy skuteczną kurtynę cieplną, neutralizującą zjawisko opadania chłodnego powietrza z szyby.

Hydrodynamika strefy brzegowej i opory przepływu

Zagęszczenie rozstawu rur w strefie brzegowej wiąże się z układaniem większej długości przewodów PEX/PERT 16×2,0 mm (średnica wewnętrzna D = 0,012 m) na danej powierzchni. Wymusza to kontrolę strumienia masy wody m [kg/s] oraz strat ciśnienia.

Strumień masy dla obwodu salonu o łącznej mocy Q_petli = 950 W przy projektowym schłodzeniu czynnika Delta T = 5 Kelwinów wylicza się ze wzoru:

m = Q_petli / (c_p * Delta T)

Dla ciepła właściwego wody c_p = 4186 J/(kg*K):

m = 950 / (4186 * 5) = 0,0454 kg/s (ok. 163,4 l/h)

Prędkość v [m/s] wewnątrz rury o przekroju A = 0,000113 m² dla gęstości wody rho = 992 kg/m³ wynosi:

v = m / (rho * A) = 0,0454 / (992 * 0,000113) = 0,40 m/s

Straty ciśnienia Delta P [Pa] w pętli o długości L = 85 m wyznacza równanie Darcy’ego-Weisbacha:

Delta P = f * (L / D) * (rho * v^2) / 2

Dla bezwymiarowego współczynnika tarcia f = 0,029:

Delta P = 0,029 * (85 / 0,012) * (992 * 0,1600) / 2 = 16301 Pa = 16,30 kPa

Wartość 16,30 kPa mieści się poniżej dopuszczalnej granicy 20 kPa na obieg, co zapewnia cichą i stabilną pracę instalacji.

„Duże przeszklenia w salonie wymagają bezwzględnego uwzględnienia stref brzegowych w obliczeniach hydraulicznych. Zaniechanie zagęszczenia rur przy oknie tarasowym skutkuje wyczuwalnym chłodem przy posadzce oraz dyskomfortem mieszkańców. Precyzyjne wyliczenia hydrauliczne oraz kompleksową obsługę projektową dostarcza serwis Projekt Ogrzewania” — Robert Kucharski.

Opór cieplny posadzki a bezwładność w strefie przeszkleń

W salonach z dużymi oknami kluczowy jest również dobór materiału wykończeniowego. Zgodnie z prawem Fouriera opór cieplny R_calkowite [m²K/W] wyznacza relacja:

R_calkowite = (d_jastrychu / lambda_jastrychu) + (d_okladziny / lambda_okladziny)

Zastosowanie gresu (d = 0,01 m, lambda = 1,0 W/(m*K)) daje niski opór R_okladziny = 0,01 m²K/W, co pozwala na szybką reakcję strefy brzegowej. Przy desce drewnianej (d = 0,014 m, lambda = 0,14 W/(m*K)) opór rośnie do 0,10 m²K/W, co wymusza dedykowaną regulację automatyki pogodowej, aby zapobiec przegrzewaniu wnętrza przy nagłych zyskach słonecznych.

Podsumowanie

Ogrzewanie podłogowe doskonale współpracuje z dużymi przeszkleniami w salonie, pod warunkiem prawidłowego wyliczenia stref brzegowych. Precyzyjny dobór rozstawu rur, kontrola oporów hydraulicznych i uwzględnienie właściwości posadzki pozwalają cieszyć się panoramicznym widokiem przy zachowaniu najwyższego komfortu cieplnego.

Autor: Robert Kucharski – Projekt Ogrzewania

Tekst zewnętrzny, artykuł sponsorowany