TALNO OGREVANJE
Zlatko Bahor
Če se ozremo v zgodovino ugotovimo, da je ta sorazmerno enostaven način ogrevanja, pri katerem je nosilec toplote voda, ki kroži v ceveh v tleh poznal že Stari Rim. Takrat so vodo namesto po ceveh v tleh, vodili po posebnih kanalih.
Sodobno talno ogrevanje se je pričelo uporabljati v Evropi (Francija) po letu 1930, vendar z zadržki zaradi dvoma v kakovost takrat uporabljenih jeklenih cevi. Svoje mesto med drugimi ogrevalnimi sistemi pa je talno ogrevanje zagotovo dobilo z uporabo cevi iz polimernih materialov, ki omogočajo zelo kakovostno izvedbo ob hkratni hitri montaži in primerljivih stroških vgradnje.
Ko danes načrtujemo ogrevanje bodisi poslovnih prostorov večjih objektih bodisi stanovanjskih v individualnih zgradbah, skoraj ne moremo mimo sistema talnega ogrevanja (v zadnjem obdobju tudi stenskega ali stropnega). Razlogov je več. Med najpomembnejšimi so gotovo naslednji:
Če se ozremo v zgodovino ugotovimo, da je ta sorazmerno enostaven način ogrevanja, pri katerem je nosilec toplote voda, ki kroži v ceveh v tleh poznal že Stari Rim. Takrat so vodo namesto po ceveh v tleh, vodili po posebnih kanalih.
Sodobno talno ogrevanje se je pričelo uporabljati v Evropi (Francija) po letu 1930, vendar z zadržki zaradi dvoma v kakovost takrat uporabljenih jeklenih cevi. Svoje mesto med drugimi ogrevalnimi sistemi pa je talno ogrevanje zagotovo dobilo z uporabo cevi iz polimernih materialov, ki omogočajo zelo kakovostno izvedbo ob hkratni hitri montaži in primerljivih stroških vgradnje.
Ko danes načrtujemo ogrevanje bodisi poslovnih prostorov večjih objektih bodisi stanovanjskih v individualnih zgradbah, skoraj ne moremo mimo sistema talnega ogrevanja (v zadnjem obdobju tudi stenskega ali stropnega). Razlogov je več. Med najpomembnejšimi so gotovo naslednji:
- nizko temperaturni režim ogrevanja
s talnim ogrevanjem enako udobne bivalne pogoje v prostoru s temperaturo, ki je za 1-2°C nižja kot pri radiatorskem ogrevanju. - kakovostna toplotna zaščita objektov
- možna uporaba novih polimernih materialov
- zaradi relativno nizkih temperatur je možno uporabiti več različnih virov toplote
- ugoden temperaturni profil v prostoru v funkciji udobja ob hkratni nižji temperaturi prostora.
- do 30 % prihranek energije
Temperaturni profil, kot podlaga za vrednotenje ogrevalnih sistemov
po Dr. A. Kollmar
1. ZNAČILNOSTI TALNEGA OGREVANJA
Temperaturni profilTemperaturni profil v ogrevanih prostorih je med drugim odvisen tudi od načina ogrevanja in namestitve ogreval.
Primerjava temperaturnih profilov različnih načinov ogrevanja pokaže, da je najbližje idelanemu tisti, kjer je pri tleh višja temperatura (tople noge, hladna glava), navzgor pa le- ta pada. In ravno takšen je temperaturni profil talnega ogrevanja.
Drugi dejavniki udobnega bivanja
Ob tem pa na udobje bivanja v ogrevanih prostorih vplivajo tudi:
- osebna aktivnost
- obleka
- fizikalni parametri okolice
S sistemom ogrevanja lahko vplivamo tudi na parametre okolice, tj. temperaturo zraka, relativno vlažnost, hitrost gibanja zraka, površinsko temperaturo sten oziroma predmetov ipd. Na stopnjo relativne vlage pa lahko vplivamo le posredno.
Hitrost gibanja zraka kod dejavnik udobja
Na udobje v prostoru zelo vpliva hitrost gibanja zraka. Večje hitrostih gibanja zraka v prostoru namreč ustvarjajo neprijeten občutek hladu... Konvekcijska oddaja toplote je odvisna od hitrosti gibanja zraka. Ker je površinska temperatura tal kot ogrevalnega telesa bistveno nižja od temperature radiatorjev, je pri talnem ogrevanju konvekcija občutno zmanjša in to ugodno vpliva na udobje. Ob tem pa s talnim ogrevanjem dosežemo (v območju med 18 in 20°C) brez težav tudi površinsko temperaturo sten.
2. EKONOMSKI VIDIK TALNEGA OGREVANJA
Ekonomski vidik vgradnje talnega ogrevanja je dolgoročno pozitivnejši v primerjavi z radiatorskim. V splošnem velja, da je sistem talnega ogrevanja ob vgradnji do 40 % dražji od sistema radiatorskega ogrevanja. V času uprabe pa se odrazijo pozitivne lastnosti talnega ogrevanja pri prihranku energije. Vsaka stopinja nižje temperature pomeni namreč 6 % manj energije za ogrevanje. če pri tem upoštevamo še pogojevano dobro izolacijo objektov, znaša celoten energetski prihranek tudi do 30 %.3. PREDSTAVITEV SISTEMA TALNEGA OGREVANJA
V primerjavi z radiatorskim ogrevanjem, zahteva talno ogrevanje nižje vstopne temperature ogrete vode in se zato ta sistem učinkovito obnese tudi pri rabi trajnih virov energije, kot so sončna energija in v zadnjem času vedno bolj tudi geotermalna energija.Temperatura vode v sistemu talnega ogrevanja
Proizvajalci priporočajo naj dosega vstopna temperatura vode v talno konstrukcijo kot ogrevalno telo do +45°C. Iz izkušenj vemo, da zagotavlja voda z vstopno temperaturo +45°C ugodne temperature talne konstrukcije ob zadostni moči ogrevanja (okoli 90 W/m2). Temperatura vode v sistemu naj ne presega +55°C, ker povzroča povečanje napetosti, ki se v skrajnem primeru odrazi kot poškodba zaključne konstrukcije (keramika) tal.
Iz enakega razloga tudi ni priporočljiva prevelika temperaturna razlika med vstopno in izstopno temperaturo vode, ki naj bo maksimalno 10°C. Uporabo povratne vode klasičnih ogrevalnih sistemov pa je možno urediti z ustrezno regulacijo, da temperatura vode ne bi presegla dopustnih 55°C.
Diagram odvisnosti trdnosti cevi za talno ogrevanje, od delovne temperature in casa obremenitve
Materiali cevi za sistem talnega ogrevanja
Do leta 1960 so za izvedbo talnega ogrevanja uporabljali enake cevi kot za razvoj vode pri radiatorskih sistemih (jeklo, baker). Le te niso bile najprimernejše, saj jih je pod določenimi pogoji (prisotnost morske vode) načel proces korozije. Težave so se pojavljale tudi pri montaži (spajanje, krivljenje, naklon zaradi odzračevanja).
Večino teh problemov je rešila uporaba cevi iz umetnih mas, v začetku PTFE cevi, ki so bile drage in kasneje cevi iz PP, PB, PE-X in PE, odvisno od zahtev in same izvedbe.
Danes se najpogosteje uporabljajo cevi izdelane iz visoko stabiliziranega polipropilena, polibutena in v zadnjem času iz premreženega polietilena. Vsi našteti materiali so predvsem odporni na povišane temperature. Ob pravilni vgradnji in uporabi, dosega življenjska doba ogrevalnega sistema ob pravilni vgradnji in uporabi, 50 let. Na sliki 2, je prikazan diagram staranja dveh cevi za talno ogrevanje, ki so izdelane iz različnih materialov.
Za polipropilen in polibuten je značilno, da sta občutljiva na UV žarke, zato so tovrstne cevi pakirane v karton ali zaščitno folijo, ki preprečuje UV sevanje in jo je potrebno odstraniti neposredno pred vgradnjo. Za zunanjo vgradnjo je potrebno te cevi primerno ustrezno UV zaščititi in sicer že v fazi izdelave cevi.
Pomembna lastnost materialov za tovrstne cevi je fleksibilnost (upogljivost). Pri tem je značilen podatek modul elastičnosti. Le ta znaša pri polibutenu PB 780-890 N/mm2, pri premreženem polietilenu PE-X 800-900 N/mm2 in pri polipropilenu PP-B 1000 N/mm2 (preizkušeno v skladu z DIN 53 457).
V primerjavi s PB in PE-X, ki sta ustrezno upogljiva, je PP-B dokaj tog in se zato pri polaganju pojavljajo določene omejitve.
Glede toplotne prevodnosti med omenjenmi materiali ni bistvene razlike: od 0,23 W/mK pri PP-B in PB do 0,35 W/mK pri PE-X. Premreženi polietilen ali kratko PEX je zaradi svoje kemijske strukture v primerjavi s PP ali PB odporen na višje tempeature in tudi na UV sevanje.
Cevi iz vseh teh materialov so hidravlično gladke (k<0,001mm), neobčutljive na nabiranje vodnega kamna in odporne na vplive raznih kemikalij.
Zaradi difuzije kisika, to je prodiranje kisika iz okolice skozi steno cevi, kar posledično povzroča korozijo na kovinskih delih instalacije, je potrebno cevi dodatno zaščititi bodisi z aluminijevo folijo bodisi s posebnim polimerom EVOH (etilen vinil alkohol) po postopku večplastne ekstruzije.
Do leta 1960 so za izvedbo talnega ogrevanja uporabljali enake cevi kot za razvoj vode pri radiatorskih sistemih (jeklo, baker). Le te niso bile najprimernejše, saj jih je pod določenimi pogoji (prisotnost morske vode) načel proces korozije. Težave so se pojavljale tudi pri montaži (spajanje, krivljenje, naklon zaradi odzračevanja).
Večino teh problemov je rešila uporaba cevi iz umetnih mas, v začetku PTFE cevi, ki so bile drage in kasneje cevi iz PP, PB, PE-X in PE, odvisno od zahtev in same izvedbe.
Danes se najpogosteje uporabljajo cevi izdelane iz visoko stabiliziranega polipropilena, polibutena in v zadnjem času iz premreženega polietilena. Vsi našteti materiali so predvsem odporni na povišane temperature. Ob pravilni vgradnji in uporabi, dosega življenjska doba ogrevalnega sistema ob pravilni vgradnji in uporabi, 50 let. Na sliki 2, je prikazan diagram staranja dveh cevi za talno ogrevanje, ki so izdelane iz različnih materialov.
Za polipropilen in polibuten je značilno, da sta občutljiva na UV žarke, zato so tovrstne cevi pakirane v karton ali zaščitno folijo, ki preprečuje UV sevanje in jo je potrebno odstraniti neposredno pred vgradnjo. Za zunanjo vgradnjo je potrebno te cevi primerno ustrezno UV zaščititi in sicer že v fazi izdelave cevi.
Pomembna lastnost materialov za tovrstne cevi je fleksibilnost (upogljivost). Pri tem je značilen podatek modul elastičnosti. Le ta znaša pri polibutenu PB 780-890 N/mm2, pri premreženem polietilenu PE-X 800-900 N/mm2 in pri polipropilenu PP-B 1000 N/mm2 (preizkušeno v skladu z DIN 53 457).
V primerjavi s PB in PE-X, ki sta ustrezno upogljiva, je PP-B dokaj tog in se zato pri polaganju pojavljajo določene omejitve.
Glede toplotne prevodnosti med omenjenmi materiali ni bistvene razlike: od 0,23 W/mK pri PP-B in PB do 0,35 W/mK pri PE-X. Premreženi polietilen ali kratko PEX je zaradi svoje kemijske strukture v primerjavi s PP ali PB odporen na višje tempeature in tudi na UV sevanje.
Cevi iz vseh teh materialov so hidravlično gladke (k<0,001mm), neobčutljive na nabiranje vodnega kamna in odporne na vplive raznih kemikalij.
Zaradi difuzije kisika, to je prodiranje kisika iz okolice skozi steno cevi, kar posledično povzroča korozijo na kovinskih delih instalacije, je potrebno cevi dodatno zaščititi bodisi z aluminijevo folijo bodisi s posebnim polimerom EVOH (etilen vinil alkohol) po postopku večplastne ekstruzije.
Shematski prikaz nacina polaganja:
Vijugasto (serpentinasto)
Shematski prikaz nacina polaganja:
Vijugasto z ojacano cono
Shematski prikaz nacina polaganja:
Spiralno
Shematski prikaz nacina polaganja:
Spiralno z ojacano cono
Vgrajevanje talnega ogrevanja
Od časa uporabe jeklenih cevi do danes, se sistem polaganja talnega ogrevanja ni veliko spremenil. Pač pa se je poenostavil postopek vgrajevanja plastičnih cevi, predvsem pri polaganju cevi na za to vnaprej pripravljene mreže ali predizdelane izolacijske plošče.
Vgrajevanje poteka po sledečih delovnih fazah:
Razlikujemo več načinov polaganja cevi in sicer:
Glede na to ali položene cevi zalijemo z betonskim oziroma s specialnim estrihom ali pa le prekrijemo s talno konstrukcijo, ločimo t.i. mokri in suhi način vgradnje. Pogostejši je mokri način (zalivanje cevi v estrih), kadar pa ni na voljo dovolj višine za talno konstrukcijo (adaptacije) pa je možno uporabiti suhi način.
Pred zalivanjem cevi izvedemo preizkus tesnosti z vodnim tlakom 6 barov v času trajanja 24 ur. Cevi ostanejo pod znižanim tlakom (min 2 bara) tudi v času betoniranja, vse dokler beton ne zatrdi. Z ogrevanjem nato pričnemo 21-28 dni po obbetoniranju cevi. Pospešeno sušenje estriha ni dovoljeno.
Tudi zagon ogrevanja opravimo postopoma; to pomeni, da pričnemo s temperaturo vode, ki je enaka temperaturi okolice in potem postopoma dvigujemo temperaturo vsak dan do največ 55°C.
Če v obdobju nizkih temperatur sistem ne deluje, je potrebno vodo izpustiti iz cevi, oz. prepihati s tlačnim zrakom. V nasprotnem primeru lahko pride zaradi neenakomernega zamrzovanja sistema do porušitve cevi v estrihu.
Pri načrtovanju talnega ogrevanja, je potrebno smiselno določiti velikosti registrov. Priporočeno je, da dolžina enega registra ne presega 100 metrov. Enako pomembno je upoštevati površinske napetosti estriha v času delovanja. Tako naj bo pri večjih površinah prekrivanje z estrihom v enem kosu do 40m2 površine.
Od časa uporabe jeklenih cevi do danes, se sistem polaganja talnega ogrevanja ni veliko spremenil. Pač pa se je poenostavil postopek vgrajevanja plastičnih cevi, predvsem pri polaganju cevi na za to vnaprej pripravljene mreže ali predizdelane izolacijske plošče.
Vgrajevanje poteka po sledečih delovnih fazah:
- priprava podloge
- vgradnja hidroizolacije (če je predvidena)
- vgradnja zvočno-toplotne izolacije, obvezno tudi zidnega izolacijskega traku
- prekrivanje izolacije s PE ali aluminijasto folijo
- polaganje armaturne plošče kot osnove za pritrditev ogrevalnih cevi
- vgrajevanje betonskega estriha (zahteva je vsaj 45 mm nad temenom cevi)
- polaganje zaključnega sloja (parket, ploščice, razne talne obloge)
Razlikujemo več načinov polaganja cevi in sicer:
- vijugasto (serpentinasto)
- vijugasto z ojačano cono
- spiralno
- spiralno z ojačano cono
Glede na to ali položene cevi zalijemo z betonskim oziroma s specialnim estrihom ali pa le prekrijemo s talno konstrukcijo, ločimo t.i. mokri in suhi način vgradnje. Pogostejši je mokri način (zalivanje cevi v estrih), kadar pa ni na voljo dovolj višine za talno konstrukcijo (adaptacije) pa je možno uporabiti suhi način.
Pred zalivanjem cevi izvedemo preizkus tesnosti z vodnim tlakom 6 barov v času trajanja 24 ur. Cevi ostanejo pod znižanim tlakom (min 2 bara) tudi v času betoniranja, vse dokler beton ne zatrdi. Z ogrevanjem nato pričnemo 21-28 dni po obbetoniranju cevi. Pospešeno sušenje estriha ni dovoljeno.
Tudi zagon ogrevanja opravimo postopoma; to pomeni, da pričnemo s temperaturo vode, ki je enaka temperaturi okolice in potem postopoma dvigujemo temperaturo vsak dan do največ 55°C.
Če v obdobju nizkih temperatur sistem ne deluje, je potrebno vodo izpustiti iz cevi, oz. prepihati s tlačnim zrakom. V nasprotnem primeru lahko pride zaradi neenakomernega zamrzovanja sistema do porušitve cevi v estrihu.
Pri načrtovanju talnega ogrevanja, je potrebno smiselno določiti velikosti registrov. Priporočeno je, da dolžina enega registra ne presega 100 metrov. Enako pomembno je upoštevati površinske napetosti estriha v času delovanja. Tako naj bo pri večjih površinah prekrivanje z estrihom v enem kosu do 40m2 površine.
Primer razporeditve diletacij pri vgrajenem talnem ogrevanju
Med površinami je potrebno vgraditi premične spoje- diletacije (glej sliko levo)
Med površinami je potrebno vgraditi dilatacije (t.i. premične spoje). To je še posebej pomembno, kadar je zaključni estrih izveden s keramiko oziroma marmorjem. Najdaljša stranica tako razdeljenih površin naj ne bo daljša od 8 metrov, priporočajo, naj razmerje stranic takšne površine ne presega razmerja 1:2.
Regulacija talnega ogrevanja
Pri talnem ogrevanju nastaja efekt samoregulacije - ko se zaradi povečane temperature zraka v prostoru zmanjša tako temperaturna razlika med tlemi in zrakom, kot tudi specifična toplotna oddaja.
Pri izbiri regulacije moramo upoštevati veliko vztrajnost sistema; t.j. za razliko od radiatorskega ogrevanja, se sistem talnega ogrevanja počasneje odziva na hitre spremembe toplotnih obremenitev v prostoru. Zato običajno izberemo namenski regulator, ki določa temperaturo v prostoru glede na zunanjo temperaturo.
V posameznih bivalnih prostorih želimo različne temperature tal, glede na namembnost in lego prostora v objektu (več zunanjih sten, zasteklitev). Tako so za posamezne prostore priporočene sledeče temperature:
Za varovanje sistema pred previsoko temperaturo, uporabimo nastavljivi termostatski ventil, ki zapre dovod vode in hkrati izklopi obtočno črpalko.
Med površinami je potrebno vgraditi dilatacije (t.i. premične spoje). To je še posebej pomembno, kadar je zaključni estrih izveden s keramiko oziroma marmorjem. Najdaljša stranica tako razdeljenih površin naj ne bo daljša od 8 metrov, priporočajo, naj razmerje stranic takšne površine ne presega razmerja 1:2.
Regulacija talnega ogrevanja
Pri talnem ogrevanju nastaja efekt samoregulacije - ko se zaradi povečane temperature zraka v prostoru zmanjša tako temperaturna razlika med tlemi in zrakom, kot tudi specifična toplotna oddaja.
Pri izbiri regulacije moramo upoštevati veliko vztrajnost sistema; t.j. za razliko od radiatorskega ogrevanja, se sistem talnega ogrevanja počasneje odziva na hitre spremembe toplotnih obremenitev v prostoru. Zato običajno izberemo namenski regulator, ki določa temperaturo v prostoru glede na zunanjo temperaturo.
V posameznih bivalnih prostorih želimo različne temperature tal, glede na namembnost in lego prostora v objektu (več zunanjih sten, zasteklitev). Tako so za posamezne prostore priporočene sledeče temperature:
- 26 - 29°C - bivalni prostori (dnevne, delovne sobe, pisarne)
- 30°C - prostori, kjer se zadržujemo krajši čas
- 33°C - kopalnice, površine ob bazenih
- 35°C - samo na robnih conah prostorov (zunanje zelo zasteklene površine)
Za varovanje sistema pred previsoko temperaturo, uporabimo nastavljivi termostatski ventil, ki zapre dovod vode in hkrati izklopi obtočno črpalko.