Povijesni pregled

Podno grijanje ima za sobom dugu povijest koja seže unatrag do razdoblja neolitika. Arheološka iskapanja u Aziji i na Aleutskim otocima otkrila su kako su njihovi stanovnici koristili dim za grijanje, izvlačivši i odvajajući ga od vatre preko sistema izdubljenih brazda nadkrivenih kamenom, smještenog u podu njihovih podzemnih nastamba. Vrući dim je grijao podno kamenje koje je potom zračenjem grijalo nastambu. Ovi rani i relativno primitivni oblici su evoluirali i razvili se u moderne sustave elektične instalacije koje griju na principu električnog otpora.

Uvod u osnovne sisteme podnog grijanja

Moderni sistemi podnog grijanja koriste principe elektro-otporničkih elemenata (električni sistemi) i koriste se isključivo za grijanje. Neki od primjera kod kojih su ovi sistemi našli prigodnu primjenu su: topljenje snijega i leda na šetnicama, garažnim pristupima, platformama za slijetanje, grijanju tereta kod tanker brodova, nogometnim igralištima kao i u sprječavanju odmrzavanja klizališta i frižidera.
Električni grijači mogu biti ugrađeni u beton i prekriveni tankim slojem kamena (mokri sistem). Također mogu biti smješteni iznad poda (suhi sistem) ili direktno montirani ispod drvenog poda (suhi sistem).

Električni sistemi

Električni sustavi se koriste samo za grijanje, a kod ugradnje se upotrebljavaju nehrđajući, fleksibilni grijači elementi uključujući kabele, unaprijed sastavljanje matrice grijaćih kabela i brončane mreže. Zbog svojeg relativno uskog profila mogu biti ugrađeni u termalnu masu ili neposredno ispod podnog pokrova. Osim podnog grijanja, ovakve sustave često nalazimo u svakodnevnoj upotrebi u oblicima grijaćih tepiha, grijaćih pokrivača, grijalica sjedala itd. Prednost električnih sustava je mogućnost praćenja i mjerenja potrošnje električne energije, ugradnja u podove tuš-kabina, neposredno ispod pločica, ispod drvenog poda, laminatnog poda itd. Električni sustavi koriste manje komponenata i jednostavniji su za instalaciju od hidroničkih sustava. Neki električni sustavi koriste tehnologiju linijskog napona, dok drugi koriste nisko naponsku tehnologiju. Potrošnja energije kod električnih sustava ne temelji se na naponu, nego izlaznom snagom proizvedenom od strane grijaćih elemenata.

Obilježja i pogodnosti podnog grijanja

Toplinska ugodnost i kvaliteta

Kao što je definirano od strane ANSI / ASHRAE Standard 55 -Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy (toplinski okolišni uvjeti za ljudsko stanovanje), toplinska ugodnost je, “ono stanje uma koje izražava zadovoljstvo spram uvjetima toplinskog okruženja, a ocijenjeno je subjektivnom procjenom”. Sa strane podnog grijanja,toplinska ugodnost je pod utjecajem površinske temperature poda i popratnih elemenata kao što su asimetričnost zračenja, srednja temperatura zračenja i operativna temperatura. Istraživanja Nevins, Rohles, Gagge, P. Ole Fanger pokazuju da ljudi u mirovanju s odjećom kućne namjene, izmjenjuju preko 50% svoje osjetne topline putem zračenja.
Podno grijanje utječe na razmjenu energije zračenja putem toplinske regulacije unutrašnjih površina s niskom temperaturom i dugovalnim zračenjem. Zagrijavanje površina potiskuje gubitak tjelesne topline i rezultira percepcijom toplinske ugodnosti. Ovaj opći osjećaj udobnosti je dodatno poboljšan putem provođenja tj. kondukcijom (stopala na podu) i konvekcijom od površine i utjecaja na gustoću zraka.

Kvaliteta zraka u prostoriji

Podno grijanje može imati pozitivan učinak na kvalitetu zraka u zatvorenom prostoru, olakšavajući izbor “hladno percipiranih” materijala kao što su pločice, škriljevac, mramor i beton. Ove zidane površine obično imaju vrlo niske emisije hlapivih organskih spojeva u odnosu na druge opcije podnica. U kombinaciji s uređajima za kontrolu vlage, podno grijanje uspostavlja temperaturne uvjete koji su manje povoljniji za podržavanje plijesni, bakterija, virusa grinja i prašine. Uklanjanjem osjetnog dijela toplinskog opterećenja od ukupnog opterećenja, ventilacijom, filtriranjem i uklanjanjem viška vlage iz nadolazećeg zraka, može biti ostvareno s posebnim vanjskim jedinicama za zrak koji imaju manji volumenski protok da bi ublažili distribuciju zrakom prenosivih zagađivača. Tu je priznanje od strane medicinske zajednice koje se odnosi na prednosti podnog grijanja, posebno kod osjetljivosti na alergije.

Održivost energije

Sustavi podnog grijanja ocjenjuju se na temelju održivosti kroz načela efikasnosti entropije i eksergije. U kombinaciji s visoko efikasnim zgradama, sustavi rade s niskim temperaturama u režimu grijanja i tipični su za područja primjene geotermalnih i solarnih termalnih sustava. U kombinaciji s obnovljivim izvorima energije pogoduju smanjenju ili eliminaciji stakleničkih plinova koje proizvode kotlovi i hladnjaci, kao i smanjenje zahtjeva za obnovljive izvore energije, te omogućuje veće zalihe za buduće generacije.

Sigurnost

Temperatura podnog grijanja je niska, a sam sustav je ugrađen u pod ili ispod podne obloge te kao takav ne zauzima prostor zidova i ne predstavlja od požara, niti opasnost za tjelesne ozljede (opekline) zbog mogućeg slučajnog kontakta. Ta je referenca pozitivna značajka, pa su tako ovi sustavi pogodni za instalaciju u zdravstvenim ustanovama, staračkim domovima, pogodno za ljude koji pate od demencije. Osim toga, grijani podovi će pospješiti sušenje istih ako su kojim slučajem bili smočeni.

Dugovječnost, održavanje i popravak

Oprema za održavanje i popravak je ista kao i za druge električno bazirane HVAC sustave. Pogreške koje su zajedničke i često se javljaju na instalacijama, uzrokovane su nepažnjom, instalacijskim greškama i nepravilnim rukovanjem proizvoda, kao što je izloženost ultraljubičastom zračenju. Pre-instalacijske tlačne probe su nužne. Budući da su materijali proizvedeni od polietilena i obveznice su unakrsno povezane, vrlo je otporan na koroziju, odnosno temperaturno naprezanje, kao i naprezanje uslijed visokog tlaka.

Projektiranje i ugradnja

Tehnički dizajn

Količina razmijenjene topline podnog sustava temelji se na kombinaciji zračenja i konvektivnog koeficijenata prijelaza topline.

• Prijenos topline zračenjem je konstantan i temeljen na Stefan-Boltzmann-ovoj konstanti.
• Konvektivni prijenos topline mijenja se tijekom vremena ovisno o:
  • gustoći zraka. Uzgon zraka se mijenja ovisno o temperaturi površine.
  • prisilnom strujanju zraka uzrokovanim kretnjama ljudi i objekata u prostoru.

Konvektivna izmjena topline podnih sustava je veća kada sustav radi u režimu grijanja. Obično je kod podnog grijanja konvektivna komponenta prijenosa gotovo 50% ukupnog prijenosa topline.

Utjecaj topline i vlage

Kada pri zagrijavanju grijaći kabeli dijele iste prostore kao i ostali dijelovi zgrada, parazitski prijenos topline je moguć ako prolaze kroz hladne prostore, ventilacijske kanale i kanale klima uređaja. Da bi to spriječili, kabeli ali i ostali dijelovi zgrada moraju biti dobro izolirane.

Izgradnja sustava i materijala

• Toplinski gubici ovisno o instalacijskom području

• Toplinska vodljivosti tla će utjecati na vođenje topline između tla i grijane ili hlađene podne etaže.
• Tla s većim sadržajem vlage od (većim od 20%) mogu biti i do 15 puta više provodljivi od tla sa sadržajem vlage manjim od 4%.
• Vodene tablice i opće uvjete tla treba uzeti u obzir.
• Pogodna tanka izolacija, kao što su kruto ekstrudirani ili ekspandirani polistiren je zahtijevan od strane Model National Energy Codes
• Grijani pod povećava temperaturne razlike između vanjskih uvjeta i uspostavljenih podnih uvjeta.
• Šupljine uzrokovane drvenim pokrovima kao što su zaglavlja, trimerima i isturenim gredama nosača, moraju biti izolirane sa krutom vatom ili nekom vrstom sprej izolacije odgovarajuće vrijednosti na temelju klime i tehnologije građenja.
• Betonski podovi moraju podnijeti skupljanja i širenja zbog temperaturnih oscilacija.
• Temperature za izlivene podove (beton, lagani preljevi), moraju slijediti standarde industrije.
• Kontrola napetosti spojeva i tehnike za suzbijanje lomova su potrebne za sve vrste podova , uključujući: Škriljevac, Terrazzo mramor, Kamen, Mramor i Beton, obojeni ili prešani
• Dimenzionalna stabilnost drva temelji se prvenstveno na udjelu vlažnosti, međutim, drugi čimbenici mogu ublažiti promjene drva uključujući: vrstu drva, tehnike glodanja, aklimatizacijsko razdoblje i relativnu vlažnost zraka u prostoru

• Toplinski gubici kod vanjskih podnih konstrukcija

• Zidovi i ostali tvrdi dijelovi poda

• Drveni pod

Kontrolni sustav

Sustav za podno grijanje može imati više kontrolnih točaka no svakako mora imati jednu kontrolu koja se ostvaruje preko termostata koji je dostupan u nekoliko izvedbi.