Wciąż rosnące ceny energii potęgują potrzebę planowania budynków energooszczędnych, co przy nowoczesnych architektonicznych rozwiązaniach niejednokrotnie jest ogromnym wyzwaniem inżynierskim.
W Europie ok. 40% energii pierwotnej zużywana jest na cele ogrzewania, klimatyzowania i oświetlenia budynków. W sektorze budowlanym możliwa jest wyraźna redukcja zapotrzebowania i zużycia energii poprzez stosowanie właściwych i nowoczesnychtechnik w nowo budowanych inwestycjach, jak i modernizowanych budynkach bez obniżania komfortu użytkownika.
Pamiętać jednak wciąż trzeba, że nadrzędna jest funkcyjność budynku oraz stworzeniewarunków komfortu termicznego. Dopiero po zdefiniowaniu tych kryteriów możliwa jest analiza energooszczędnościowa, która nie powinna być wprowadzana kosztem obniżania komfortu ludzi.
Ok. 40% energii pierwotnej zużywanej jest na cele ogrzewania, klimatyzowania i oświetlenia budynków.
Elewacje szklane
Duże i wielokondygnacyjne elewacje szklane są nowoczesnym rozwiązaniem architektonicznym dla wszelkiego rodzaju kompleksów budynków. Jednakże projektanci i architekci nieustannie mierzą się z wyzwaniem, jakim jest ich ogrzewanie.
Nawet, jeśli kwestię zapotrzebowania na ciepło w pomieszczeniu można rozwiązać w stosunkowo prosty sposób, w przypadku fasad szklanych pojawia się problem intensywnych ruchów konwekcyjnych zimnego powietrza w kierunku podłogi. Opadanie powietrza wywołane jest lokalnym jego ochłodzeniem od zimnych powierzchni przeszklonych (zwykle o mniejszym współczynniku izolacyjności, niż klasyczna przegroda budowlana).
Montaż tradycyjnych systemów grzewczych jest często kosztowny i niepożądany ze względów estetycznych.
Należy zatem znaleźć system grzewczy, który nie tylko jest dyskretny, ale także skutecznie chroni przed zimnym powietrzem i w znacznym stopniu zapobiega zaparowywaniu szyb (rys. 1). Jednocześnie ochrona musi działać tak, by mimo bezpośredniej bliskości fasady zewnętrznej straty energii były możliwe niewielkie.
Rys. 1. Problem kondensacji pary wodnej na przegrodach szklanych oraz intensywnego opadania zimnego powietrza
Dla powierzchni przeszklonych o wysokości do 3,5 m systemem ekranującym zimne powietrze jest system grzejników podłogowych.
Dla powierzchni przeszklonych o wysokości przekraczającej 3,5 m system podłogowy jest niewystarczający, aby zapewnić pełne ekranowanie zimnych powierzchni.
Systemy podpodłogowe
Dla powierzchni przeszklonych o wysokości do 3,5 m systemem ekranującym zimne powietrze jest system grzejników podłogowych. Podłogowe kanały grzewcze montowane są w miejscu optymalnym z punktu widzenia techniki grzewczej, bezpośrednio przed zimnymi powierzchniami okien i pełnią zarówno funkcję ekranowania zimnego powietrza, jak i pokrycia zapotrzebowania na ciepło resztkowe (rys. 2).
Rys. 2. Katherm QK – ekranowanie zimnego powietrza, uzupełniające i podstawowe ogrzewanie pomieszczenia
Po dopasowaniu mocy do zapotrzebowania na ciepło (długością, szerokością i wysokością kanału oraz wyborem między konwekcją naturalną lub wymuszoną pracą wentylatora poprzecznego) mogą być użyte również do ogrzewania całego pomieszczenia.
Zimne powietrze przy oknie lub wnikające przez szczeliny opada do kanału podłogowego, gdzie jest ogrzewane i unosi się do góry. Siłę wyporu zwiększa kształt szybu kanału podłogowego. Im więcej powietrza przepływa przez konwektor, tym większa jest jego wydajność cieplna. Decydujące znaczenie ma przy tym wysokość szybu powyżej konwektora.
Wraz ze zwiększeniem wysokości wzrasta również oddawana moc cieplna. W przypadku zwiększonego zapotrzebowania na moc cieplną stosuje się kanały grzewcze z konwekcją wymuszoną. Jego pracą steruje termostat regulujący obroty wentylatora, co skutkuje modulacją mocy grzewczej.
Możliwe są rozwiązania łączące funkcję grzewczą (kaloryczną) z funkcją podwyższania komfortu latem (chłodzenie). W tym wypadku możliwe jest rozwiązanie oparte jedynie na konwekcji wymuszonej w systemie dwu- lub czterorurowym.
Można również obok funkcji grzewczej lub chłodniczej wykorzystać kanał podpodłogowy do doprowadzenia świeżego powietrza, by pełnił funkcję higieniczną (rys. 3). Rozwiązanie to jest wyjątkowo korzystne pod względem ergonomiczności.
Uzdatnione chłodne powietrze uchodzi z kanału podłogowego do pomieszczenia, rozkładając się w postaci stabilnej warstwy w strefie podłogowej. Poprzez naturalny wypór termiczny z dolnej strefy zimne i świeże powietrze unosi się do góry, głównie u źródeł ciepła, takich jak ludzie czy urządzenia elektryczne.
Powstające przy tym ruchy mas powietrza w pomieszczeniu mają niewielką prędkość (wartość graniczna odczucia przeciągu ok. 2 m/s), zapewniającą przyjemne, chłodne powietrze w pomieszczeniu. Jednocześnie powietrze w pomieszczeniu jest prowadzone i podgrzewane przez konwektor. Doprowadzane ciepłe powietrze miesza się z zimnym, występującym na powierzchni okien. Zapobiega to obniżaniu się temperatury przy oknach.
Rys. 3. SlimKon - fasadfowy system grzewczy, zapewniający większy komfort przy elewacjach szklanych
Systemy fasadowe
Dla powierzchni przeszklonych o wysokości przekraczającej 3,5 m system podłogowy jest niewystarczający, aby zapewnić pełne ekranowanie zimnych powierzchni. Systemem uzupełniającym wówczas jest fasadowy system grzewczy, który zapobiega opadaniu zimnego powietrza przy fasadach szklanych (rys. 4). Zasada jest prosta i skuteczna: opadający strumień zimnego powietrza napotyka na unoszący się pionowo w górę strumień ciepłego powietrza.
Miesza się on z zimnym powietrzem i zapobiega jego opadnięciu do pomieszczenia. Pomieszczenie jest ciepłe i przytulne, a obszar, w którym przebywają osoby, można rozszerzyć niemal do samej powierzchni przeszklonej.
Rys. 4. Katherm QL – komfortowe ogrzewanie i wentylacja przez system kanałów podłogowych
Dzięki zastosowaniu systemu fasadowego ciepły konwekcyjny strumień kompensuje opadający zimny strumień powietrza przy szybie. Kompensacja ta zmniejsza konwekcyjną wymianę ciepła z otoczeniem, czyli działa energooszczędnie.
System SlimKon składa się z estetycznej obudowy z aluminiowych profili w kształcie litery U z konwektorem Cu/Al i może być montowany w prosty sposób, także w późniejszym czasie, do rozpory poprzecznej fasady. Szerokość wynosząca zaledwie 85 mm (wersja z możliwością zintegrowania w obudowie rur zasilających: 110 mm) i wysokość 60 mm sprawiają, że system SlimKon jest niemal niezauważalny, także w filigranowych konstrukcjach.
Elementy systemu można lakierować proszkowo w kolorze fasady. Elastyczne możliwości montażu oraz bogate wzornictwo blach perforowanych pozwalają na realizację wszelkiego rodzaju pomysłów aranżacyjnych.
Spełnia zadania:
- skutecznej ochrony przed zimnym powietrzem, także dla okien wielokondygnacyjnych zapewniając komfort nawet bezpośrednio przy fasadzie szklanej,
- dyskretne, wkomponowane w całość pomieszczenia,
- wyłącznie ogrzewanie konwekcyjne (promieniowanie wiązałoby się z dużymi stratami przy oknie),
- montaż neutralny dla systemu, możliwość dopasowania na wymiar,
- możliwie skuteczny przepływ ciepła w kierunku pionowym wzdłuż szyby okiennej,
- prosty montaż i konserwacja, możliwość wbudowania w późniejszym czasie,
- integracja optyczna dzięki szerokiej ofercie kolorów i kształtów.
Moc grzewcza, jaka oddawana jest tym systemem do pomieszczenia pozwala częściowo zastąpić i zredukować inne systemy grzewcze w pomieszczeniu.
Tabela 1. Moc grzewcza systemu fasadowego SlimKon
Maciej Danielak
fot. KAMPMANN
Literatura:
[1] Materiały techniczne Katherm QK, NK, QL oraz SlimKon, www.kampmann.pl
[2] M. Danielak: Raumströmungsvisualisierung und Leistungsmessung für Lüftungsgeräte; 13. Hermann-Rietschel-Colloquium, Hirschegg 2008
[3] O. Zeidler, M. Danielak, et. all: Experimental study of different air distribution systems for aircraft cabins; Indoorair 2008
Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym
inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne
więcej informacj: Świat Szkła 7-8/2011
