Sterowanie ogrzewaniem podłogowym

Ogrzewanie podłogowe wymaga odpowiedniej automatyki sterującej. To konieczność -  nie gadżet!

Dawno temu, kiedy ogrzewanie podłogowe było nowinką techniczną jego działanie opierało się jedynie na przepływie odpowiedniej ilości ciepłej wody przez rury zatopione w posadzce. W toku ewolucji tego rozwiązania pojawiło się wiele ulepszeń które sprawiły, że współczesne, dobrze zaprojektowane i wykonane ogrzewanie podłogowe zapewnia komfort jego użytkownikom. 

W dzisiejszym wpisie nie będę rozpisywał się o aspektach projektowych dotyczących ogrzewania podłogowego. Napiszę natomiast o tym, jak podłogówka powinna być sterowana, żeby zapewnić minimalne zużycie energii, odpowiedni komfort użytkownikom oraz zabezpieczyć samą podłogę przed uszkodzeniami lub zniszczeniem.

Podstawową rzeczą, o jaką musimy zadbać jest odpowiednia temperatura zasilania instalacji ogrzewania podłogowego. W prostych słowach chodzi o to, żeby temperatura wody wpływającej na pętle grzewcze nie była ani za wysoka, ani za niska. W nowoczesnych instalacjach zadanie to przejmuje zazwyczaj automatyka źródła ciepła - np. kotła gazowego, czy pompy ciepła. Rozbudowane możliwości sterowania zapewniają tzw. regulację pogodową dla obiegu niskotemperaturowego jakim jest podłoga grzewcza.

Załóżmy, że mamy do czynienia z kotłem gazowym i mieszanym układem grzewczym: parter to w 100% podłogówka, natomiast piętro to instalacja wyposażona w grzejniki płytowe. W takim układzie najlepiej jest, gdy automatyka naszego kotła daje możliwość wydzielenia dwóch obiegów grzewczych - jednego niskotemperaturowego i drugiego wysokotemperaturowego. Oczywiście tego typu rozwiązanie wymaga zastosowania odpowiednich układów hydraulicznych:

  • grupy pompowej bezpośredniego obiegu grzewczego - wyposażonego jedynie w pompę obiegową
  • grupy pompowej obiegu z podmieszaniem - wyposażonego w pompę obiegową, zawór trójdrożny z siłownikiem, czujnik temperatury zasilania oraz termostat zabezpieczający przed nadmierną temperaturą
  • sprzęgła hydraulicznego lub zbiornika buforowego - elementu zapewniającego separację pompy kotła od pomp obiegów grzewczych

Niestety nie wszystkie kotły mają możliwość wysterowania tak rozbudowanych układów - wówczas stosuje się uproszczone rozwiązania z podmieszaniem czynnika grzewczego dla ogrzewania podłogowego bezpośrednio na rozdzielaczu podłogowym. Nie jest to najlepsze rozwiązanie, gdyż w większości przypadków nie zapewnia nam regulacji pogodowej. Istnieją oczywiście metody na rozwiązanie tego problemu, jednak nie jest to tematem dzisiejszego wpisu.

Kiedy już nasze źródło ciepła jest wyposażone w odpowiednie układy hydrauliczne skojarzone z automatyką, która nimi steruje pora na kilka słow o samej regulacji. W konfiguracji obiegów grzewczych serwisant ustawia odpowiednie parametry, które informują kocioł o tym, z jakimi układami współpracuje. Dla ogrzewania grzejnikowego kocioł będzie generował wyższą temperaturę, natomiast dla podłogówki niższą. Idealny system potrafi oba obiegi wysterować pogodowo weług indywidualnie ustawionych parametrów - szczególnie tych odpowiadających za minimalną i maksymalną temperaturę zasilania oraz za tzw. krzywą grzewczą. Samo pojęcie krzywej grzewczej będzie tematem innego wpisu, który umieszczę na blogu niebawem. 

Co dzieje się dalej? Kiedy już woda grzewcza ma odpowiednią temperaturę trafia na rozdzielacz ogrzewania podłgowego. Ten z kolei dokonuje rozdziału na poszczególne pętle. Solidny rozdzielacz musi być wyposażony w następujące elementy:

  • Zawory termostatyczne z możliwością montażu siłowników termoelektrycznych
  • Zawory regulacyjne z przepływomierzami - tzw. rotametry
  • Odpowietrzniki ręczne lub automatyczne
  • Zawory odcinające

Pierwszym elementem regulacji hydraulicznej ogrzewania podłogowego jest regulacja przepływu przez każdą z pętli grzewczych. Najlepiej jest, kiedy regulacja wykonana jest zgodnie z tym, co zostało wyliczone przez projektanta. Przepływ wody grzewczej (oraz jej temperatura) decydują o mocy dostarczanej przez grzejnik podłogowy do pomieszczenia. Zależy nam przecież na tym, aby do pomieszczeń dostarczyć dokładnie tyle mocy, ile potrzeba. Nie za mało, nie za dużo. Niedobór mocy skutkować będzie za niską temperaturą w pomieszczeniu, z kolei nadwyżka spowoduje przegrzanie. 

W tym momencie chciałbym zaznaczyć, że większość negatywnych opinii użytkowników domów wyposażonych w ogrzewanie podłogowe bierze się z faktu, że ich instalacje są źle wyregulowane lub, co gorsza, źle zaprojektowane i wykonane. 

Wróćmy jednak do naszego przykładu w którym nie popełniono błędów projektowych, ani montażowych. Wszystko zostało hydraulicznie wyregulowane i powinno działać jak należy. Pozostaje jednak kwestia, o której bardzo mało się mówi - mianowicie zmienne zapotrzebowanie pomieszczeń na ciepło.

Pomio, iż projekt podłogówki poprzedzony musi być obliczeniami zapotrzebowania na ciepło każdego z pomieszczeń, w rzeczywistości wartości te mogą różnić się dość znacznie od założeń projektowych, a już na pewno będą wahały się w trakcie sezonu grzewczego. Wynika to wprost z faktu, że budynki raczej nie są eksploatowane w warunkach laboratoryjnych i narażone są na czynniki zewnętrzne generujące dodatkowe straty lub zyski energii cieplnej. 

Przykładem może być budynek, który narażony jest na częste działanie wiatru od strony zachodniej - bo np. usytuowany jest tak, że ściany południowe i północne osłonięte są od wiatru przez otaczające go zabudowania. Wówczas regulacja hydrauliczna na niewiele się zda. Jej korekta podczas sezonu grzewczego może przynieść poprawę, ale jedynym rozwiązaniem gwarantującym dostarczanie odpowiedniej ilości energii do poszczególnych pomieszczeń jest rozbudowana automatyka sterująca.

Zanim omówię dokładnie zasadę jej działania, wspomnę jeszcze o jednej ważnej rzeczy - coraz częściej projektujemy i wykonujemy ogrzewanie podłogowe w pomieszczeniach, gdzie wierzchnią okładziną podłogi jest drewno lub panel podłogowy zamist płytki ceramicznej. Tutaj dochodzi jeszcze jeden wymóg stawiany firmie instalacyjnej przez producenta okładziny - kontrola maksymalnej temperatury powierzchni posadzki, na której znajduje się panel podłogowy lub deska. Przekroczenie progu granicznego wyznaczonego przez producenta oznacza koniec gwarancji, a w dłuższej perspektywie nawet uszkodzenie lub całkowite zniszczenie wykończenia. 

Automatyka sterująca ogrzewaniem podłogowym w założeniu działa bardzo prosto - termostat umieszczony w ogrzewanym pomieszczeniu kontroluje temperaturę powietrza (w przypadku podłóg drewnianych i paneli równiez temperaturę posadzki betonowej lub anhydrytowej) i na podstawie jej zmian podejmuje decyzję o otwarciu lub zamknięciu przepływu wody grzewczej przez pętle. Jak to działa? Sygnał z termostatu pokojowego trafia do modułu sterującego. Ten z kolei otwiera lub zamyka siłownik termoelektryczne (zwane inaczej elektrotermicznymi). 

Należy jednak przyjrzeć się bliżej samym termostatom - nie są to bowiem zwykłe termostaty. Cała magia polega na tym, żeby termostat potrafił sterować układem o dużej bezwładności cieplnej, jakim jest grzejnik podłogowy. Stosowane jeszcze kilkanaście lat temu termosaty bimetaliczne  oraz pierwsze termostaty elektroniczne działały w oparciu o tzw. histerezę, co nie zapewniało precyzyjnej regulacji. 

Przykładowo - jeśli mieliśmy na termostacie ustawioną temperaturę +20'C, a histereza termostatu wynosiła 1'C oznaczało to realne wahania temperatury w pomieszczeniu na poziomie od 2 nawet do 4'C. Postaram się wyjaśnić to na przykładzie.

Wyobraźmy sobie, że zaczynamy właśnie dostarczać ciepło do pętli grzewczych. Temperatura w pomieszczeniu przyrasta, jednak wyłączenie przez termostat nastąpi dopiero po osiągnięciu +20'C temperatury powietrza. Do tego czasu grzejnik podłogowy otrzymał jednak większą "porcję" energii, która została skumulowana w masie betonu lub anhydrytu otaczającego rury grzewcze. Co dzieje się dalej? Termostat rejestruje przekroczenie progu 20'C i wyłącza dopływ wody grzewczej, ale temperatura w pomieszczeniu nadal rośnie. Dlaczego? Ponieważ podłoga nadal oddaje energię, którą zakumulowała. Dochodzi do przegrzania pomieszczenia - załóżmy do 21'C. Skoro w pomieszczeniu jest cieplej, niż ustawiono na termostacie siłowniki pozostają zamknięte. Podłoga i pomieszczenie wychładzają się. Temperatura spada do wartości załączenia tj. 20'C -1'C histerezy = 19'C. W tym momencie nastąpi otwarcie siłowników, jednak dostarczona energia, ze względu na bezwładność podłogi zostanie przekazana do pomieszczenia po pewnym czasie. Tymczasem temperatura w pomieszczeniu nadal spada - wynosi już 18'C i stabilizuje się. Po chwili zaczyna następować powolny przyrost temperatury, aż do momentu wyłaczenia spowodowanego przekroczeniem progu zadanej na termostacie wartości.

Powyższy przykład obrazuje wadę, jaką obarczone były systemy sterujące podłogówką w oparciu o histerezę. Dzisiejsze rozwiązania korzystają z zaawansowanych algorytmów matematycznych, których zadaniem jest takie wysterowanie siłowników, aby odchylenia temperatury w pomieszczeniu od wartości zadanej były zminimalizowane. Działa to wyśmienicie, a w połączeniu z automatyką pogodową wręcz perfekcyjnie. Odchylenia często nie przekraczają 0,2'C!

Powrót do listy artykułów

Strona używa plików cookies. Wyrażasz zgodę na używanie cookies, zgodnie z aktualnymi ustawieniami przeglądarki.