sobota, czerwiec 24, 2017

 Najnowsze wydania

 I&M 1/2017

InwestycjeModernizacje 01 2017

PI 2/2017

PI 3/2017

001 Okladka PI03

PI 8 2016 okładka

Jaki system ogrzewania do zabytkowych obiektów sakralnych?

kosciol1Większość kościołów budowano kiedyś bez ogrzewania. Postęp, wzrost świadomości i wymagań w zakresie komfortu cieplnego sprawiły, że coraz częściej obiekty te doposaża się w systemy grzewcze. Dobór rozwiązania to w tym przypadku duże wyzwanie, bo projekt dotyczy obiektu o specyficznej konstrukcji, kubaturze i sposobie użytkowania, a przy tym musi godzić kwestie komfortu cieplnego i automatyki z ochroną zabytkowych elementów.

Dziś nie do pomyślenia jest użytkowanie kościoła nieogrzewanego. Nowe technologie w zakresie HVAC wkraczają więc do kościołów, bo często właśnie one pozwalają w najbardziej ekonomiczny i skuteczny sposób rozwiązać problemy. Z uwagi na to, że kościoły doposażane w instalacje przeważnie są obiektami zabytkowymi, sposób ich ogrzewania musi uwzględniać wiele czynników. Projektując system grzewczy w kościele, należy zatem zwrócić uwagę na to, aby nie miał on szkodliwego wpływu na zabytkowe konstrukcje, wykończenie czy wyposażenie, był przyjazny zgromadzonym tam ludziom, a jednocześnie – co zwykle jest zasadniczym wymogiem – był ekonomiczny. Koszty ogrzewania obiektów sakralnych często przerastają bowiem możliwości finansowe parafii. Obecnie można wymienić kilka systemów grzewczych stosowanych z powodzeniem w istniejących obiektach sakralnych, a wśród nich ogrzewanie ławkowe, nadmuchowe, promiennikowe oraz podłogówkę. Istnieje nawet możliwość ogrzewania konfesjonałów.

kosciol2
2. Rzut poziomy przykładowego budynku kościoła z rozmieszczeniem jednostek grzewczych w trzech głównych strefach

Uwarunkowania projektowe

Obliczenie zapotrzebowania na ciepło budynków sakralnych jest zadaniem trudnym i indywidualnym dla każdego obiektu. Kościoły tradycyjnie mają zwykle dużą masę, znaczną wysokość i akustycznie są tak zaprojektowane, aby dobrze propagować dźwięk. Przede wszystkim trzeba jednak zwrócić uwagę na ich nieregularne i krótkotrwałe użytkowanie. Przeciętny kościół jest użytkowany okresowo, a w skali tygodnia raczej krótko. Dodatkowo liczba wiernych na nabożeństwach bywa zróżnicowana. Kryteria komfortu cieplnego dotyczą więc tylko krótkich przedziałów czasu, między którymi obowiązują mniej ostre, ale również istotne wymagania podyktowane troską o trwałość samej budowli i jej wyposażenia. Ułatwieniem podczas projektowania jest dość dokładnie określone miejsce użytkowania – w rozumieniu stref, w których przebywają ludzie. Strefy te stanowią stosunkowo małą część całej kubatury. Cały kościół najczęściej można podzielić na trzy główne strefy grzewcze (rys. 2):

  • strefę wejściową (1);
  • nawę główną i boczne (2);
  • strefę ołtarzową (3).

Podczas projektowania nie można się oprzeć na prawnych czy normowych wytycznych dla klimatu wewnętrznego w kościołach, ponieważ takich nie ma. Wytyczne wynikają głównie z wymagań ochrony przedmiotów wyposażenia wnętrz mających wartość zabytkową, jak i z wymagań komfortu cieplnego uczestników mszy i nabożeństw. Ogólne wymagania komfortu wewnętrznego w kościołach można przedstawić następująco:

  • temperatura bazowa około 8°C;
  • temperatura komfortu 12-15°C;
  • dynamika prac około 1 K/h;
  • stała wilgotność względna w przedziale 50-75%;
  • temperatura powietrza ze źródeł ciepła <45°C;
  • prędkość nadmuchu w strefie przebywania ludzi <1,5 m/s;
  • poziom ciśnienia akustycznego <35 dB (A).

Wymiarowanie instalacji

W budynkach sakralnych ze względu na nieregularny czas ich użytkowania, czyli zmienne warunki wymagań, ale i zysków wewnętrznych, nie jest osiągany stan ustalony. Mówiąc inaczej: w obiektach tych panują chwilowe warunki wynikające z aktywnego systemu grzewczego, strat związanych z wentylacją oraz niektórymi przegrodami oraz z zyskami ciepła z elementów akumulacyjnych (mury etc.). Zapotrzebowanie na ciepło w budynku sakralnym jest zatem sumą trzech strumieni cieplnych:

wzor kosciol1

gdzie:
QO – straty ciepła przez okna i drzwi;
QS – zapotrzebowanie na ciepło do podgrzania akumulacyjnych przegród (ściany i podłoga);
QW – zapotrzebowanie na ciepło dla wentylacji.
Zapotrzebowanie na podgrzanie masywnych elementów budowlanych w uproszczony sposób przedstawia równanie:

wzor kosciol2

gdzie:
AS – powierzchnia akumulacyjna [m2];
R – średni opór nagrzewania [(m2 · K)/W];
t1 – temperatura przed nagrzewaniem [K];
t2 – temperatura po nagrzewaniu [K].

Średni opór nagrzewania R zależny jest od rodzaju materiału (współczynnik przewodzenia ciepła) oraz czasu nagrzewania. Dla typowej wartości czasu nagrzewania na poziomie 6-8 h średni opór nagrzewania R wynosi np.:

  • dla cegły pełnej około 0,3 (m2 · K)/W;
  • dla betonu 0,25 (m2 · K)/W.

Systemy grzewcze do kościołów

Systemy grzewcze w budynkach sakralnych muszą być tak zintegrowane z architekturą wewnętrzną, aby stały się możliwie niewidoczne. Jest to w większości przypadków główne wymaganie stawiane projektantom HVAC. Najczęściej stosowane są następujące systemy:

  • elektryczne systemy promiennikowe;
  • ozproszone systemy nadmuchowe;
  • ogrzewanie podłogowe (wodne lub elektryczne);
  • rozproszone aparaty grzewcze;
  • ogrzewanie ławkowe.

 

ogrzewanie
3a, b. Rozproszone jednostki grzewcze, nadmuchowe do zastosowań w obiektach sakralnych [1]

 

Elektryczne systemy promiennikowe. Są dość popularnym rozwiązaniem, które cechują relatywnie niskie koszty inwestycyjne i szybki montaż. Rozwiązanie to ma jednak kilka poważnych mankamentów:

  • generuje wysokie koszty eksploatacyjne, ponieważ zródłem zasilania jest energia elektryczna;
  • jest widoczne, mało estetyczne – ze względu na specyfikę pracy systemów promiennikowych musi być eksponowane;
  • zwiększa zagrożenie pożarowe – duża liczba kabli elektrycznych, duże prądy płynące w przewodach.

Rozproszone systemy nadmuchowe. Mają zdecydowanie więcej zalet. Po pierwsze przesyłanie energii za pośrednictwem wody jako medium jest proste, a powietrze w pomieszczeniu ogrzewane jest dopiero tam, gdzie jest to pożądane. Straty ciepła są w ten sposób zdecydowanie mniejsze niż przy przesyłaniu energii za pomocą powietrza. W celu wbudowania ogrzewania konieczne są tylko niewielkie zmiany w konstrukcji budynku, co stanowi decydującą zaletę szczególnie w przypadku cennych, zabytkowych budynków. W przypadku doposażania kościoła w rozproszony system nadmuchowy najczęściej wykorzystywane są istniejące przejścia, włazy w posadzce. W ten sposób minimalizuje się ingerencję w zabytkową strukturę budynku. Systemy nadmuchowe wyposażane są każdorazowo w wentylator. Wiąże się to z generowaniem hałasu, dlatego takie urządzenie musi być uzupełnione w tłumiki akustyczne o specjalnej konstrukcji zapewniającej również odporność na zabrudzenie. Istniejącą już w budynku instalację wody grzewczej można dodatkowo wykorzystać do wykonania innych, uzupełniających systemów grzewczych: w zakrystii, w strefach wejściowych etc.

Ogrzewanie podłogowe wodne lub elektryczne. Gdy architektura pomieszczenia oraz jego wyposażenie nie pozwalają na zastosowanie systemów, w których występują rozproszone jednostki grzewcze (w podłodze lub pod sufitem), pozostaje wykorzystanie rozwiązań wymagających integracji systemu grzewczego w przegrody budynku. Takim rozwiązaniem jest płaszczyznowe ogrzewanie podłogowe wodne lub elektryczne. Oczywiście nie ma potrzebyuzbrajania całej podłogi w system grzewczy, wystarczy jedynie aktywizacja powierzchni bezpośrednio pod ławkami uczestników nabożeństwa. Ogrzewanie podłogowe jest dość proste w budowie, estetyczne, ma jednak zasadniczy mankament, jakim jest duża bezwładność cieplna i mała dynamika pracy.

Ogrzewanie ławkowe. Specyficznym systemem grzewczym dla obiektów sakralnych jest ogrzewanie ławkowe. Grzejniki montuje się pod siedziskami ławek. Są one praktycznie niewidoczne. System ten charakteryzuje się łatwym montażem, zwłaszcza przy zastosowaniu energii elektrycznej, ale dostępne są również systemy wodne. W ogrzewaniu ławkowym stosuje się płytygrzejne niskotemperaturowe, łączone szeregowo lub w równoległych rzędach. Płyta taka ogrzewa siedzącą osobę od stóp do pasa przez promieniowanie cieplne i konwekcję. Użytkownik ma natychmiastowe odczucie ciepła, pomimo że nie jest nagrzewane całe wnętrze kościoła. Płyty grzejne instaluje się do ławki z przodu – przed siedzącym lub pod siedzeniem ławki. Grzejniki mogą być też zamontowane pod albonad klęcznikiem.

ogrzewanie 1

4. Promiennikowe wodne ogrzewanie ławkowe

 

Sterowanie ogrzewaniem i wilgotnością

W kościołach wymaga się powolnych, łagodnych zmian temperatury. Jednostka sterująca sterująca powinna być wyposażona w zegar sterujący z możliwością zaprogramowania zarówno powtarzających się co tydzień, jak i jednorazowych czasów wykorzystania. Ze względu na specyfikę obiektu oraz sposobu jego użytkowania, regulacja – oprócz pracy automatycznej – powinna również umożliwiać sterowanie w trybie ręcznym z ograniczonym czasem działania (automatyczny powrót do wartości podstawowych). Ochrona zabytkowych elementów wyposażenia wymaga, aby w kościołach regulowana była także wilgotność względna. Zabezpieczy to wnętrze obiektu przed zbyt wysoką lub zbyt niską wilgotnością powietrza. Jeżeli podłączone zostaną czujniki wilgotności, regulator wilgotności może ingerować korekcyjnie w regulację temperatury.

Literatura:
[1] www.kampmann.pl
[2] Aleksandra Repelewicz: Zwiększenie efektywności energetycznej
budynków sakralnych. Budownictwo o zoptymalizowanym
potencjale energetycznym 2 (12) 2013, s. 87-95

Autor: Maciej Danielak

 

homeWyszukiwarka

homeNewsletter

Repowermap

homeTagi

homeReklama

UWAGA! Ten serwis używa cookies i podobnych technologii.

Brak zmiany ustawienia przeglądarki oznacza zgodę na to. Czytaj więcej…

Zrozumiałem