Elektrické podlahové vykurovanie je jedným z najrozšírenejších spôsobov využitia elektrických vykurovacích vodičov. Pre tieto aplikácie sú z hľadiska ceny, vlastností aj funkčnosti systému ideálne odporové vykurovacie vodiče. Samoregulačné vodiče alebo vodiče s konštantným výkonom sa pre podlahové vykurovanie štandardne nepoužívajú. Prevedenie vykurovacie prvku – tj. tu ide o vykurovacie okruhy alebo vykurovacie rohože – nemá na úžitkové vlastnosti podlahového vykurovania žiadny vplyv a z tohto pohľadu je nepodstatné. Informácie, ktoré sú v tejto kapitole uvedené, platí všeobecne, preto je naďalej miesto termínu "vykurovací okruh" a "vykurovacia rohož" používané spoločné označenie "vykurovací vodič".
Podlahové vykurovanie hlavné
Ako názov napovedá, podlahové vykurovanie je v tomto prípade hlavným, často jedným zdrojom tepla v miestnosti. Jeho úlohou je vyhrievať miestnosť na požadovanú teplotu, samotná teplota podlahy má nižšiu prioritu – pokiaľ teplota vzduchu v miestnosti dosiahne požadovanú úroveň, systém podlahového vykruovanie sa vypína aj keď je teplota podlahy nižšia, než by si užívateľ v danú chvíľu mohol priať. Toto opatrenie je nevyhnutné pre úspornú prevádzku vykruovaniua – prekurovanie miestnosti vedie k nežiaducim energetickým výdajom. Systém regulácie sníma pomocou sond teplotu vzduchu v miestnosti aj teplotu podlahy. Podlahové sondy plnia tzv. limitačnú funkciu – bránia zvyšovaniu teploty podlahy na nežiaducu (nepríjemnú) hodnotu. Veľkosť vykurovanej plochy je závislá na požadovanom výkone, obvykle sa ale vykurovanie inštaluje v celej voľnej ploche miestnosti.
Podlahové vykurovanie vedľajšie (doplnkový, komfortní ohrev podláh)
Úlohou vykurovacie vodiču je prehriať podlahu na príjemnú, komfortnú teplotu v dobe, kedy je tu prítomný užívateľ. Teplota vzduchu v miestnosti je pre systém regulácie nepodstatná, prioritná je teplota podlahy. Regulácia preto sníma iba teplotu podlahy a udržuje ju na požadovanej hodnote. Samotné vykurovanie miestnosti je zaistené iným zdrojom (elektrický sálavý panel, teplovodný radiátor, a pod.) Pokiaľ by pre bolo prevádzkou komfortného vyhrievania podlahy mohlo dochádzať k prehrievaniu miestnosti, malo by byť riešené na strane regulácie hlavného zdroja tepla – vypnutím panelu, uzavretím prívodu vody do radiátoru.
Doplnkové podlahové vykurovanie sa inštaluje iba do vybraných plôch – napríklad pred vaňu alebo sprchovací kút. Práve pre tieto aplikácie ponúka spoločnosť FENIX tzv. Sady pre svojpomocnú inštaláciu komfortného ohrevu podlahy.
Teplota podlahy a dynamika ohrevu
Hygienické predpisy obmedzujú teplotu podlahy v miestnostiach s dlhodobým pohybom osôb na 27°C (obytné miestnosti). Teplota podlahy v ostatných miestach sa volí podľa účelu miestnosti – napr. V kúpeľni 30-35°C. Uvedené hodnoty sú iba orientačné, pretože vnímanie teploty podlahy je veľmi subjektívne – pre niekoho môžu byť vysoké, pre niekoho nízke. Teplota by teda mala byť upravená tak, aby užívateľovi vytvárala potrebnú tepelnú pohodu. Pre hlavné podlahové vykurovanie sa najviac teplota podlahy obmedzuje, aby nedochádzalo k prekurovaniu miestností. Napríklad pri súčasných stavbách – NED a pasívnych domoch – sa teplota podlahy v obytných miestach udržuje v rozmedzí iba 22-25°C.
Za štandardných podmienok sa pri izbovej teplote prehrieva podlaha z 20°C na 27°C približne za 1 hodinu. Dôvodom je akumulácia tepla do anydridovej alebo betónovej dosky (hrúbka 4-6 cm), ktorá je nosným prvkom celej podlahy. Pre aplikácie, v ktorých podlahové vykurovanie plní funkciu hlavného vykurovania je táto dynamika úplne dostačujúca, pre systému komfortného ohrevu podláh je však vhodné aplikovať doplnkové izolácie, ktoré môžu skráti dobu ohrevu na cca 15 minút.
Všeobecne sa teplota podlahy udržuje podľa účelu miestnosti na hodnotách v rozmedzí 23°C až 35°C. Na akú teplotu a za ako dlho sa podlaha v praxi skutočne ohreje, ovplyvňuje veľa faktorov – nie len príkon podlahového vykurovania, ale hlavne tepelné izolácie v skladbe podlahy a teplota vzduchu v miestnosti. Napríklad pokiaľ u doplnkového podlahového vykurovania, plniaceho iba funkciu komfortného ohrevu podlahy, bude odstavený hlavný zdroj tepla, potom sa teplota v miestnosti ustáli na hodnote, kedy sa tepelný výkon podlahy vyrovná tepelným stratám v miestnosti. Teplota podlahy potom v prevádzke nemusí presiahnuť 20°C. Správne navrhnuté podlahové vykurovanie by ale malo bez problémov dosahovať požadovanú teplotu.
Výkon podlahového vykurovania
Výkon každého vykurovacieho telesa – teda aj podlahového vykurovania – je daný jeho teplosmennou plochou (veľkosť podlahy) a rozdielom teplôt (rozdielom medzi povrchovou teplotou podlahy a teplotou vzduchu v miestnosti ). Jeden meter štvorcoví podlahovej plochy s teplotou 27°C, vydáva pri teplote okolitého prostredia 20°C tepelný tok o veľkosti cca 70W/m2. V praxi to znamená, že pokiaľ hygienické predpisy obmedzujú teplotu podlahy v obytných miestnostiach na 27°C, potom maximálny výkon, ktorý možného podlahového vykurovania získať je práve 70W/m2 (cca 100W/m2 pri teplote podlahy 35°C). Vynásobíme tento výkon účinnou veľkosťou vykurovanej plochy získame reálny výkon, ktorý môže podlahové vykurovanie poskytnúť. Pokiaľ je tento výkon nižší než je stanovené výpočtom tepelných strát, potom podlahové vykurovanie v miestnosti v zimnom období samostatne nevykúri a musí byť doplnený ďalším zdrojom tepla.
Doporučené príkony podlahového vykurovania
Pre elektrické vykurovanie (teda i pre podlahové) je miesto výkonu udávaný príkon – tj. skutočne privedená energia. Výkon je potom v správne prevedenej konštrukcii podlahového vykurovania o cca 5-7% nižší, než príkon. Pokles výkonu je spôsobený tepelnými stratami do konštrukcie pod podlahovým vykurovaním a tepelným odporom konštrukcie nad podlahovým vykurovaním. Týmto stratám sa v praxi nedá zabrániť a sú spoločne pre všetky typy podlahového vykurovania. Príkon sa udáva vo W/m² – tzv. plošný príkon.
Reálny výkon podlahového vykurovania je do 100W/m² (viď. Predchádzajúca kapitola), a pretože väčší výkon nie je podlaha schopná predať, nemá význam navrhovať vyššie príkony. Výnimkou sú kúpeľne (požiadavky na teplotu podlahy až 35°C), aplikácie komfortného ohrevu podlahy (požiadavky na dynamiku), alebo akumulačné systémy:
- Vykurovanie obytných miestností – 60-80 W/m² (podľa výpočtu tepelných strát), max. 100 W/m²
- Vykurovanie kúpeľní a aplikácie komfortného ohrevu podlahy – do 160 W/m²
- Akumulačné vykurovanie – 250-300 W/m²
Doporučené skladby podláh
Je pomerne veľa možností ako a kam vykurovací vodič v skladbe podlahy inštalovať, všetky však majú jednu vec spoločnú – vždy musí byť zaistený odvod tepla z plášťu vykurovacieho vodiču. Teplota na plášti vodiču sa podľa typu a príkonu môže pohybovať v rozmedzí 50-70°C a je nutné zaistiť ,obopnutie“ celého plášťu vykurovacieho vodiču vodivým materiálom (flexibilný tmel, anhydrid, betón), aby bolo teplo odvádzané do konštrukcie. Nedokonalé ,,zaliatie“ vodiču môže viesť k vzniku vzduchových medzier (kaverny), ktoré budú spôsobovať dlhodobé prehrievanie vodiču a tým aj výrazné skracovanie jeho životnosti.
Je potrebné uvedomiť si, že vzduch, ktorý neprúdi je veľmi dobrý izolant a preto aj materiál, v ktorom je vykurovací vodič umiestnený by mal byť čo najkompaktnejší (homogénni). Napríklad anhydrid aj keď má podobný súčiniteľ tepelnej vodivosti ako betón vedie teplo o niečo lepšie než betónová zmes, ktorý vykazuje určití stupeň pórovitosti.
Vzhľadom k neustálemu vývoju stavebných materiálov aj technológií tu možno uviesť všetky možné varianty stavebných konštrukcií s podlahovým vykurovaním. Napriek tomu ich možno všeobecne rozdeliť podľa spôsobu prevádzky vykurovacieho systému:
Priamo vykurovacie systémy
Ide o najrozšírenejší spôsob aplikácie. Používa sa ako pre systémy hlavného vykurovania tak aj pre systémy komfortného ohrevu podlahy. Vykurovací vodič je umiestnený tesne pod nášľapnou vrstvou, obvykle vo flexibilnej stierke alebo samonivelizačnom potere. Používajú sa vodiče čo najmenších priemerov a s nižším lineárnym príkon, aby bola rozteč smyčiek malá a podlaha sa rovnomerne prehrievala. Výhodou tohto systému je ľahká inštalácia, flexibilnejšia a aj o niečo ekonomickejšia prevádzka – priemerná (tzv. stredná) teplota podlahy je nižšia než pri poloakumulačných a akumulačných systémoch. Nevýhodou je vyššia spotreba lepiacich tmelov alebo stierok, ktoré sú drahé.
Polo akumulačné systémy
Polo akumulačné, alebo tiež čiastočne akumulačné systémy sa používajú iba pre vykurovanie, pre komfortný ohrev podlahy sú nevhodné. Vykurovací vodič je umiestený buď na tepelnej izolácii a je zaliaty vrstvou vodivého materiálu (anhydrid, betón) s hrúbkou cca 4-6 cm, alebo vo vnútri tejto plávajúcej dosky (obvykle v 1/3 od spodu), napr. na KARI sieti. Aj keď sa tieto skladby nazývajú poloakumulačné, používajú sa iba v spojení s priamovykurvacou sadzbou. Hrúbka nosného materiálu je príliš malá, mala by naakumulovať dostatočné množstvo energie a tento názov je používaní skôr pre rozlíšenie spôsobu inštalácie vykurovacieho vodiču než pre rozdiel v praktickej prevádzke vykurovacieho systému.
Výhodou sú nižšia zriaďovacia cena vykurovacích vodičov – pretože je vodič umiestený v dostatočne silenej vrstve, ktorá zaistí rovnomerné rozloženie teploty, tu možno využiť vodiče s vyšším lineárnym príkonom (cca 15W/m), takže pre inštaláciu požadovaného príkonu stačí kratší vodič položený s väčšími roztečami ako keby bol použitý vodič s výkonom 10 W/m. Používajú sa tak isto vodiče s PVC plášťom, ktoré sú lacnejšie než vodiče s plášťom na báze teflónu. Vodič má síce väčší priemer, v tejto konštrukcii to však ničomu nevadí.
Nevýhodou je komplikovanejší spôsob pokládky – predovšetkým teda, ak by mal byť vykurovací vodič vo vnútri nosnej dosky. Táto doska musí byť monolitická a pokiaľ by sa napríklad v betóne odliala vrstva 2 cm, po zaliatí inštalovaný vodič až následne urobí druhá vrstva s hrúbkou 4 cm, hrozí veľmi reálne nebezpečenstvo, že po uvedení vykurovacie vodiču do prevádzky dôjde k oddeleniu týchto dvoch vrstiev a prevádzka postupný nábeh teploty podlahy –tzv. režim prvého zakúrenia.
Akumulační systémy
Vzhľadom k pomerne obtiažnej regulovateľnosti sa v súčasnosti akumulačné systému už takmer nepoužívajú. Podlaha musí obsahovať dostatočné silnú vrstvu akumulačného materiálu – obvykle 12-15 cm betónu – do ktorého sa behom krátkej doby (obvykle v noci) musí naakumulovať také množstvo tepla, aby pokrylo potrebu objektu na vykurovanie behom celého dňa. Používajú sa robustné výkonné vodiče (20 -30 W/m), aby bolo možné nainštalovať potrebný výkon. Tento systém nemá oproti priamovykruovaciemu a poloakumulačnému žiadne výhody, k jeho voľbe sa obvykle pristupuje v aplikáciách, kde behom dňa nie je k dispozícii potrebný výkon elektrickej rozvodnej siete – napríklad v okrajových oblastiach s nedostatočne dimenzovanou rozvodnou sústavou, alebo v priemyselných podnikoch, ktoré majú vďaka inštalovanej technológii veľkú spotrebu behom dňa, ale cez noc majú energie nadbytok.
Tepelné izolácie pre podlahové vykurovanie
Všeobecné tepelne technické vlastnosti celého objektu, potom pre hlavné podlahové vykurovanie sú tepelné izolácie podlahy kľúčové parametre a hlavne potom prevádzkové náklady celého vykurovacieho systému. Najbežnejšie je k izoláciám podláh používaný expandovaný, alebo lepšie extrudovaný polystyrén. Nevhodné sú izolácie s malou objemovou hmotnosťou – napr. používané pre izoláciu fasád – pokiaľ bude vykurovací vodič položený na takúto izoláciu, hrozí vplyvom teplôt jej postupná sublimácia.
Pri komfortnom ohreve podlahy je podlahové vykurovanie prevádzkovane prerušovane v krátkych intervaloch (obvykle cca hodinu ráno a večer) a preto je pri nich dôležitá dynamika. Pri týchto aplikáciách je vhodné použiť doplnkovú izoláciu F-Board, ktorá sa umiestňuje priamo pod vykurovací vodič a to aj pri novostavbách pri ktorých je kvalitná tepelná izolácia F-Board, ktorá sa umiestňuje priamo pod vykurovací vodič a to aj pri novostavbách u ktorých je kvalitná tepelná izolácia už základnej konštrukcii podlahy. Táto izolácia zvýši tepelný odpor konštrukcie pod vykurovacím vodičom, takže teplo ide predovšetkým hore do dlažby a podlaha sa pri izbovej teplote ohreje z 20°C na cca 27°C približne za 15 minút. Obrátene izolácia bráni akumulácii tepla do podlahy, takže po vypnutí systému podlaha tým pádom veľmi rýchlo ochladne. Pri doplnkovom ohreve to však nie je na závadu – akumulácia a dlhá zotrvačnosť tu nie je žiaduca.
Podlahová izolácia F-Board nahradzuje plnohodnotnú tepelnú izoláciu podlahy, predovšetkým pri rekonštrukciách však veľmi výrazne zlepší funkciu komfortného ohrevu podlahy, bez nutnosti rozsiahlych zásahov do konštrukcie podlahy. V systémoch hlavného vykurovania je použitie doplnkovej izolácie F-Board zbytočné – vzhľadom k ďalším intervalom prevádzky vykurovacieho systému nie je veľká rýchlosť ohrevu podlahy potrebná.
