W artykule przybliżam zagadnienia związane z rozwiązaniami systemowymi do wykonywania grzejników podłogowych – począwszy od klasyfikacji takich grzejników, poprzez elementy składowe systemów, aż po wybór materiałów wykończeniowych. Przedstawiam przy tym przykładowe rozwiązania w zakresie stosowanych produktów oraz główne wytyczne i zalecenia, których warto jest się trzymać przy projektowaniu i realizacji „podłogówki”.

Grzejnik podłogowy to też grzejnik
Na początku kilka słów wyjaśnienia w temacie nazewnictwa. W materiałach marketingowych i technicznych różnych producentów nierzadko można trafić na nieco mylące nazewnictwo. Jeśli np. dana firma oferuje zarówno grzejniki płaszczyznowe (podłogowe, ścienne, sufitowe), jak i „klasyczne” grzejniki konwekcyjne, np. stalowe lub aluminiowe, to często jest wówczas mowa o instalacjach/ systemach grzejnikowych i instalacjach/systemach podłogowych, tak jakby grzejnik podłogowy nie był grzejnikiem. Intencje takiej nomenklatury oczywiście można zrozumieć – zamiast mówić „instalacja/system z grzejnikami konwekcyjnymi” i „instalacja/system z grzejnikami podłogowymi”, używa się podanego skrótu myślowego rozróżniającego te dwa rozwiązania, a odbiorca i tak wie, o co chodzi. Jest to skrót zgrabny, chociaż formalnie nieprawdziwy, bo sugeruje, że grzejnik to grzejnik, a podłoga to podłoga, a nie (też) grzejnik. Grzejnik podłogowy to też grzejnik, a to, że do pracy wykorzystuje część konstrukcji budynku, nie zmienia tego stanu rzeczy. Lepiej jednak – jeśli już stosować skróty i uproszczenia – zgodzić się na tę formę, a nie iść dalej i nie mówić np. „grzejnikówka” na podobnej zasadzie jak przyjęło się mówić „podłogówka”. Wszak, jak mawiał Albert Einstein – Wszystko należy uprościć tak bardzo jak to możliwe, ale nie bardziej.

Grzejnik podłogowy – typy
Grzejnik podłogowy jest rozwiązaniem specyficznym, mającym zarówno istotne zalety, jak i wady, a do tego – w samej idei – jest jednym z najstarszych typów ogrzewania. Więcej w tym temacie można przeczytać w [3, 4].

Specyfika tego rozwiązania polega na tym, że do pracy wykorzystywane są elementy konstrukcyjne budynku, a konkretnie – jego podłogi. Aby wykonać tego typu grzejnik, trzeba dysponować wiedzą, narzędziami i produktami, które nie są wymagane w przypadku zwykłych grzejników. Wszak przy montażu np. stalowych grzejników płytowych nie jest wymagane układanie styropianu i/lub płyt montażowych pod rury, układanie rur, montaż klipsów mocujących rurę, izolacji przeciwwilgociowej i taśm dylatacyjnych, układanie wylewki itp. Nie jest również konieczne używanie wymaganych w tych celach narzędzi i maszyn – tzw. takerów do mocowania klipsów, rozwijaków do rur itp. I, co również ważne – nie jest wymagane oczekiwanie przez wiele godzin, a czasem i dni aż grzejnik będzie gotowy do pracy.

Klasyfikacja według norm. Występuje kilka podstawowych typów grzejników podłogowych. Zbiór norm z serii PN-EN 1264 [8] rozróżnia cztery podstawowe typy grzejników podłogowych, oznaczając je jako:

• typ A – rury ułożone w warstwie jastrychu nad izolacją cieplną; typ A dzieli się ponadto na trzy podtypy, uwarunkowane odległością rury od izolacji cieplnej: A1 – od 0 do 5 mm, A2 – od 5 do 15 mm, A3 – powyżej 15 mm;
• typ B – rury ułożone w górnej części warstwy izolacji cieplnej;
• typ C – rury ułożone w warstwie jastrychu wyrównawczego pod warstwą rozdzielającą;
• typ D – system z elementami powierzchniowymi. Dodatkowo, zbiór norm z serii PN-EN ISO 11855 [9] przewiduje następujące typy:
• typ E – rury ułożone w masywnej płycie betonowej,
• typ F – rurki kapilarne ułożone w pobliżu powierzchni wewnętrznej grzejnika,
• typ G – rury ułożone w konstrukcji podłogi drewnianej. Na rys. 1 zaprezentowano budowę grzejnika podłogowego wykonanego w typach A, B, C i D.

Podstawowa technika wykonania. W praktyce, niezależnie od opisanej wyżej klasyfikacji, najczęściej mówi się o grzejnikach podłogowych wykonanych w technice mokrej albo suchej.

Grzejnik wykonany w technice mokrej to najbardziej popularne rozwiązanie i zgodnie z wcześniejszą klasyfikacją jest to typ A. W tej technice rury, ułożone wcześniej z odpowiednią podziałką i zamocowane do podłoża, są zalewane warstwą jastrychu*, z którym wężownica styka się na całym swoim obwodzie i który rozprowadza ciepło na zasadzie przewodzenia. Jest to zatem konstrukcja jednolita.

W suchej technice rury nie są w całości zalewane, a układane są w płytach o specjalnie ukształtowanych rowkach. W technologii tej rury często są dodatkowo wpuszczane w warstwę blachy aluminiowej lub stalowej i nią przykrywane, w celu lepszego rozprowadzania i przekazywania ciepła do górnej warstwy. Następnie na konstrukcję zostają położone prefabrykowane płyty suchego jastrychu, aczkolwiek może to być również wylewka. Przekazywanie ciepła do tej warstwy nie następuje zatem na całym obwodzie rury, a głównie górną jej częścią, i nie tylko przez przewodzenie, ale także przez konwekcję. Tego typu grzejniki należy zaliczyć do typu B. Oba rozwiązania pokazano na rys. 2.

W systemie pokazanym na rys. 2a rura mocowana jest za pomocą klipsów do izolacyjnej płyty montażowej, której bazą jest najczęściej styropian, a na jego górnej powierzchni naniesiona jest folia (nazywana folią rastrową) z siatką kotwiącą, z zaznaczonymi liniami i podziałką ułatwiającą ułożenie rury z zaprojektowanym rozstawem i przycinanie płyty. Płyta dostępna jest zwykle w kilku wariantach grubości i rozmiarów, a także w kilku wariantach gęstości/gatunku styropianu, w zależności od przewidywanych obciążeń podłogi. Ponadto dostępne są płyty z pianki poliuretanowej zamiast styropianu.

W systemie pokazanym na rys. 2b nie wykorzystuje się klipsów, gdyż na izolacyjnej płycie styropianu naniesiona jest dodatkowa płyta z wypustkami, pomiędzy które wciska się rurę. Montaż rury w tym wariancie jest szybszy, a ponadto zużywa się mniej wylewki. W systemie na rys. 2c również nie wykorzystuje się klipsów, a rurę wciska się w wyżłobienia wykonane w płycie.

Grzejnik podłogowy – jakie rury?
Nie wszystkie rury nadają się do zastosowania w typowych aplikacjach ogrzewania podłogowego, zwłaszcza tych wykonanych w technice mokrej. Rura powinna się charakteryzować przede wszystkim:

• dużą przewodnością cieplną, aby z wysoką sprawnością przekazywać ciepło od czynnika do materiału otaczającego rurę;
• nieprzepuszczalnością powietrza, aby zapobiegać dostawaniu się powietrza z otoczenia do czynnika i wynikających z tego problemom z korozją i innymi procesami chemicznymi;
• łatwością gięcia, aby łatwo można było układać z niej pętle grzewcze.

Bez dalszych wyjaśnień, z uwagi na dość oczywiste powody, pomińmy tutaj rury stalowe. Czy zatem mogą być rury miedziane? – Tak, ale z pewnymi zastrzeżeniami.

Rury miedziane w ogrzewaniu podłogowym. Abstrahując od tego, że rury miedziane są droższe od opisanych dalej rur wielowarstwowych (co jednak w kontekście kosztów całości instalacji nie daje aż tak dużych różnic), to należy wziąć pod uwagę fakt, iż typowa wylewka (jastrych – zwłaszcza cementowy) działa korozyjnie na miedź i niszczy rurę. Dlatego należy stosować rury w specjalnych płaszczach tworzywowych, chroniących przed tym zjawiskiem. Ponadto należy zachować pewne reguły dotyczące materiałów, z których wykonane są inne elementy systemu, a także mieć na uwadze jakość zastosowanego czynnika [7]. Rury tego typu są wykonywane w technice cienkościennej i są dedykowane m.in. do grzejników płaszczyznowych, w tym – podłogowych. Najczęściej stosuje się rury o średnicach 12 i 14 mm, rzadziej 18 mm.

Rury wielowarstwowe, tzw. plastikowe. Jednak najbardziej rozpowszechnione w ogrzewaniu podłogowym są rury wielowarstwowe, często nazywane potocznie rurami plastikowymi. Chociaż wykonywane są z materiałów o podwyższonym przewodnictwie cieplnym w porównaniu z innymi tworzywami sztucznymi, to jest ono wielokrotnie niższe niż dla miedzi. Nie oznacza to jednak, że wydajność grzejnika wykonana z użyciem rur tworzywowych jest wielokrotnie niższa – główny opór cieplny stawiany jest tutaj przez konstrukcję grzejnika i powietrze nad nim. Wspomniana różnica przewodności cieplnej skutkuje najczęściej koniecznością nieco gęstszego ułożenia rury wielowarstwowej niż rury miedzianej. W grupie rur wielowarstwowych najczęściej do wykonania ogrzewania podłogowego używane są rury PE-RT/AL/PE-RT, PE-X/AL/PE-X, PE-RT/EVOH/PE-RT i PE-X/EVOH/PE-X. Są to rury, w których głównym budulcem i wewnętrzną oraz zewnętrzną warstwą jest polietylen, a pomiędzy tymi warstwami znajduje się warstwa aluminium (AL), lub EVOH. W obu przypadkach zapobiega ona dyfuzji powietrza i zawartego w nim tlenu do czynnika wewnątrz rury – polietylen nie stanowi dla tych gazów szczelnej bariery. Ponadto warstwa aluminiowa ogranicza rozszerzalność cieplną przewodu – sam polietylen ma znacznie większą rozszerzalność cieplną niż stal, miedź czy aluminium i stosowany na rury bez tego typu warstwy wymaga stosowania dodatkowych zabiegów w zakresie kompensacji wydłużeń cieplnych pojawiających się w trakcie pracy. Do konstrukcji grzejników podłogowych najczęściej wykorzystuje się rury o średnicach 14, 16, 17, 18 i 20 mm. Na rys. 3 pokazano przykłady omawianych rur.

Grzejnik podłogowy rozwiązania systemowe
Grzejnik podłogowy to oczywiście nie tylko rura, ale szereg dodatkowych elementów i materiałów. Z grzejnika wychodzą dwie końcówki rury, ale jest to pojedyncza rura – w grzejniku podłogowym unika się bowiem łączenia odcinków rur, stąd szpule z rurami dostępne są w długościach rzędu nawet ponad 500 m. Czy to wszystko? Oczywiście, nie. Rozwiązanie systemowe to takie, w którym grzejnik wyposażony jest we wszystkie urządzenia i elementy, które zapewniają jego prawidłową pracę oraz możliwość sterowania i regulacji. W „zwykłych” grzejnikach są to dość proste i tanie rozwiązania – zawór regulacyjny z głowicą termostatyczną i zawór powrotny. W grzejnikach podłogowych sprawa jest znacznie bardziej skomplikowana. Jak opisałem w cyklu artykułów dotyczącym tego zagadnienia [6], w tym przypadku stosowana jest rozbudowana automatyka. Rozwiązanie systemowe to takie, w którym wszystkie te elementy i urządzenia są prawidłowo dobrane pod kątem współpracy ze sobą. Są firmy, które oferują kompletne rozwiązania, aczkolwiek nie jest tak, że nie można skompletować systemu złożonego z produktów różnych firm – można, ale producenci oferujący kompletne rozwiązania często zachęcają do zakupu całości asortymentu poprzez różne promocje, dodatkową gwarancję itp.

Uwaga na kompatybilność rury i złączek! Zasadniczo jedną rzeczą, o której bezwzględnie warto pamiętać, jest kompatybilność rury i złączek. I o ile tego typu połączeń w samych grzejniku – jak wspomniałem wcześniej – nie ma, o tyle rura zawsze łączona jest do pozostałych elementów, np. do rozdzielacza i/lub zaworów przy rozdzielaczu, za pomocą złączek, zaprasowywanych lub zaciskowych. Tego typu systemy, jako wyroby budowlane przeznaczone do stosowania w instalacjach ogrzewczych i z tego tytułu podlegające w Polsce (jeśli to jest kraj wprowadzenia na rynek) obowiązkowi badania w zewnętrznych instytucjach badawczych przed wprowadzeniem na rynek (polecam cykl tematyczny [5], w którym zagadnienia te opisuję szczegółowo), badane są osobno w zakresie poszczególnych elementów, czyli rur i złączek, ale także jako system złożony z tych rur i złączek. Jeśli więc zastosujemy kombinację rur i złączek, która nie była przebadana, to nie mamy gwarancji (nie w rozumieniu gwarancji udzielanej przez producenta, ale gwarancji spełnienia wymagań określonych norm przedmiotowych i wymagań technicznych w nich zawartych), że system nie ulegnie np. rozszczelnieniu po pewnym czasie.

Elementy systemu ogrzewania podłogowego. Jeśli mowa o rozwiązaniu systemowym ogrzewania podłogowego, to stanowią je przede wszystkim:

1. rury – najczęściej wielowarstwowe z warstwą antydyfuzyjną, rzadziej miedziane;
2. złączki – modele zaprasowywane są najczęściej metalowe, mosiężne, rzadziej tworzywowe z tzw. PPSU (w obu przypadkach ze stalowymi elementami zaciskanymi), a modele zaciskane są metalowe; w przypadku rur miedzianych stosuje się złączki miedziane – lutowane, zaciskane bądź skręcane;
3. płyty montażowe – oprócz podstawy do montażu rury stanowią również izolację cieplną;
4. folie rastrowe – jeśli nie są zintegrowane z płytą montażową; chronią przed dostawaniem się wilgoci z wylewki i samej wylewki do płyty, pomagają zakotwiczyć klipsy i ułożyć rurę z daną podziałką;
5. klipsy do rur, elementy łączące płyty, profile dylatacyjne, taśmy brzegowe, taśmy klejące, prowadnice rur, taśmy izolacyjne, peszle ochraniające rury itp. – elementy służące do mocowania elementów, zabezpieczania ich, kompensacji wydłużeń cieplnych płyt montażowych itp.;
6. narzędzia służące do montażu – takery do mocowania klipsów, rozwijaki do rur itp.;
7. rozdzielacze wraz z szafkami rozdzielaczowymi – służą do rozdzielenia czynnika na poszczególne grzejniki i do instalowania na nich urządzeń regulacyjno-pomiarowych oraz zabezpieczających;
8. układy mieszająco-pompowe – służą zapewnieniu krążenia czynnika i uzyskaniu odpowiedniej jego temperatury;
9. układy zabezpieczające i sterujące wydajnością grzejnika i temperaturą w pomieszczeniu.

Co istotne – grzejnik podłogowy można wykonać bez użycia dedykowanych płyt montażowych, w których stosowane są np. wypustki lub na których naniesiona jest folia z podziałką. Można to zrobić z użyciem zwykłych płyt styropianowych i foli rastrowej.

Na rys. 3 i 4 pokazano niektóre z wymienionych wyżej elementów systemu.

Grzejnik podłogowy – a co na podłogę?
Grzejnik podłogowy – niezależnie od tego, czy stosujemy elementy, urządzenia i materiały od jednego producenta, czy też kompletujemy je z kilku źródeł – kończy się na wylewce/płytach prefabrykowanych. To, co jest wyżej, to wierzchnia, wykończeniowa warstwa podłogi i tutaj wariantów jest wiele – począwszy od twardych i ciężkich materiałów, jak np. marmur i płytki ceramiczne, poprzez średnio ciężkie, jak np. parkiet drewniany i linoleum, a skończywszy na lekkich i miękkich, jak np. dywany, wykładziny, korek itp. W przypadku grzejnika podłogowego jest to nie tylko element wizualny, ale też dodatkowy opór cieplny, który powinien być wzięty pod uwagę w obliczeniach, gdyż znacząco wpływa na moc cieplną grzejnika [4]. Ogólnie, warstwa wierzchnia grzejnika podłogowego powinna charakteryzować się jak najmniejszym oporem cieplnym. Zalecaną górną wartością jest 0,15 (m² ∙ K)/W [8]. Preferowane są tu więc materiały typu klinkier, terakota, marmur, granit, a mniej zalecane są dywany, linoleum czy parkiet z drewna. Występuje tutaj jednak dodatkowy aspekt związany z komfortem cieplnym, a mianowicie odczuwalna temperatura podłogi. Ma to znaczenie zwłaszcza w przypadku kontaktu materiału wykończenia z gołą stopą.

Współczynnik przyswajania ciepła. W zależności od materiału wykończenia podłogi, możemy odczuwać różne wartości temperatury kontaktu stopy z tym materiałem. Ma to związek ze zdolnością chłodzenia danego materiału. Zjawisko to opisuje się współczynnikiem przyswajania ciepła i wyraża się wzorem:

Związaną z nim temperaturę dwóch ciał w momencie styku można wyrazić wzorem (indeksami 1 i 2 oznaczono parametrypierwszego i drugiego ciała, np. stopy i materiału wykończenia podłogi) [4]: Zatem im większa wartość współczynnika przyswajania ciepła danego materiału podłogi, tym większa jego zdolność do pochłaniana ciepła i tym bliższa jego temperaturze jest wartość temperatury wynikowej w momencie styku ze stopą.

Wszelkiego rodzaju materiały ceramiczne, betony itp. mają wyższe wartości współczynników przewodności cieplnej λ, gęstości ρ i ciepła właściwego c, a tym samym współczynnika przyswajania ciepła b, niż np. parkiety drewniane, dywany i inne tkaniny. Dlatego odczucie dyskomfortu cieplnego przy kontakcie stopy z zimnym parkietem czy dywanem jest mniejsze niż przy kontakcie np. z płytką ceramiczną.

W tabeli 1 zestawiono wartości tego współczynnika dla najczęściej stosowanych materiałów w grzejnikach podłogowych. Przyjmuje się, że jeśli wartość współczynnika przyswajania ciepła jest na poziomie b ≤ 350, to podłoga jest odczuwana jako ciepła.

Sposób ułożenia rur a rozkład temperatury podłogi. Niezależnie od wymaganej długości, rura grzejnika podłogowego może być układana na różne sposoby.

Najpopularniejszy system układania to meandrowy i spiralny (ślimakowy). Sposób ułożenia wpływa przede wszystkim na rozkład temperatury podłogi. Przy tej samej średniej wartości temperatury jej różnice w poszczególnych miejscach podłogi mogą być znaczące. Na rys. 5 pokazano wspomniane sposoby ułożenia rury wraz z poglądowym rozkładem temperatury podłogi (w powiększonej skali) dla tych przypadków. Z punktu widzenia rozkładu temperatury podłogi korzystne jest spiralne układanie rury.

Równolegle biegnące do siebie odcinki zasilające i powrotne rury pozwalają na uśrednienie i wyrównanie temperatury. W praktyce często zagęszcza się podziałkę w miejscach, w których występują większe straty ciepła, lub występuje napływ zimnego powietrza zewnętrznego, jak np. w pasach przy oknach lub drzwiach balkonowych. Ponadto w takich przypadkach bywa też stosowany układ meandrowy, z początkiem wężownicy w tych strefach. Zwiększa się przez to średnia temperatura podłogi w tych obszarach i emitowana moc cieplna. Obszary takie są nazywane strefami brzegowymi. Można to uczynić zarówno wykorzystując jeden obwód grzewczy (wężownicę), jak i stosując wężownicę dodatkową dla strefy brzegowej. Zobrazowano to na rys. 6. Oznaczenia materiałów wykończeniowych. Przy wyborze materiału wykończeniowego podłogi warto również zwracać uwagę na to, czy dany produkt jest przystosowany do pracy w podwyższonej temperaturze i czy nie emituje szkodliwych substancji, ani nie zmienia w zbyt dużym zakresie swoich wymiarów geometrycznych. Materiały spełniające ten wymóg są najczęściej oznaczane w handlu symbolami zaprezentowanymi na rys. 7. Dotyczy to zwłaszcza materiałów tekstylnych z domieszką materiałów sztucznych, dywanów, wykładzin itp.

Materiały źródłowe:
[1] Materiały katalogowe firmy Kan-Therm
[2] Materiały katalogowe firmy Purmo
[3] Muniak D.: „Ekonomiczne sterowanie ogrzewaniem podłogowym”, „Polski Instalator” 11-12/2019 (283), str.: 26-29
[4] Muniak D.: „Grzejniki w wodnych instalacjach grzewczych. Konstrukcja, dobór i charakterystyki cieplne”, wydanie II (rozszerzone i poprawione), PWN, Warszawa 2019
[5] Muniak D.: „Jakie ten zawór ma parametry. Wprowadzanie i udostępnianie na rynku wyrobów budowlanych z segmentu HVAC. Ogólny zarys stanu prawnego”, „Polski Instalator” 1-2/2022, str.: 30-32 i kolejne części („PI” 3/2022, „PI” 4-5/2022, „PI” 6/2022)
[6] Muniak D.: „Płaszczyznowe ogrzewanie podłogowe: armatura współpracująca”, „Polski Instalator” 1-2/2021, 4-5/2021, 7-8/2021
[7] Muniak D.: „Grzejniki aluminiowe – fakty i mity”, cz. 5.: „Aluminiowe grzejniki członowe w instalacjach z rur miedzianych – mity”, „Polski Instalator” 9-10/2018 (273), str.: 17-19
[8] Polska Norma-Europejska Norma PN-EN 1264: Wodne wbudowane systemy ogrzewania i chłodzenia płaszczyznowego
[9] Polska Norma-Europejska Norma PN-EN ISO 11855: Projektowanie środowiska w budynku. Projektowanie, wymiarowanie, instalacja oraz regulacja wbudowanych systemów ogrzewania i chłodzenia przez promieniowanie
[10] https://budujemydom.pl/instalacje/woda-i-kanalizacja/a/12478-lepiej-wybrac-rury-plastikowe-czy-miedziane-do-instalacji-wodnej
[11] https://poradnikprojektanta.pl/ogrzewanie-podlogowe-wyborwlasciwego-rozdzielacza/
[12] https://rozwijaki.pl/?product=rozwijak-do-rur-pert-pex-itp