Jak obliczyć ogrzewaną podłogę na przykładzie instalacji wodnej

Na efektywność ogrzewania podłogowego wpływa wiele czynników.Bez ich uwzględnienia, nawet jeśli system zostanie poprawnie zamontowany i do jego budowy użyte zostaną najnowocześniejsze materiały, rzeczywista sprawność cieplna nie będzie zgodna z oczekiwaniami.

Z tego powodu prace instalacyjne muszą być poprzedzone kompetentnym obliczeniem ogrzewanej podłogi i dopiero wtedy można zagwarantować dobry wynik.

Opracowanie projektu systemu grzewczego nie jest tanie, dlatego wielu rzemieślników domowych wykonuje obliczenia samodzielnie. Zgadzam się, pomysł obniżenia kosztów instalacji podgrzewanych podłóg wydaje się bardzo kuszący.

Podpowiemy Ci jak stworzyć projekt, jakimi kryteriami się kierować przy doborze parametrów instalacji grzewczej i opiszemy krok po kroku sposób obliczeń. Dla przejrzystości przygotowaliśmy przykład obliczenia ogrzewanej podłogi.

Wstępne dane do obliczeń

Właściwie zaplanowany przebieg prac projektowych i instalacyjnych na początek wyeliminuje niespodzianki i nieprzyjemne problemy w przyszłości.

Obliczając podgrzewaną podłogę, należy skorzystać z następujących danych:

• materiał ścienny i cechy konstrukcyjne;
• wymiary pomieszczenia w rzucie;
• rodzaj powłoki wykończeniowej;
• projekty drzwi, okien i ich rozmieszczenie;
• rozmieszczenie elementów konstrukcyjnych na planie.

Aby przeprowadzić kompetentny projekt, należy wziąć pod uwagę ustalony reżim temperaturowy i możliwość jego regulacji.

Aby przeprowadzić przybliżone obliczenia, przyjmuje się, że 1 m² system grzewczy musi kompensować utratę ciepła o wartości 1 kW.Jeżeli jako dodatek do głównego systemu stosuje się wodny obieg grzewczy, musi on pokrywać tylko część strat ciepła

Istnieją zalecenia dotyczące temperatury podłogi zapewniającej komfortowy pobyt w pomieszczeniach o różnym przeznaczeniu:

• 29°С - sektor mieszkalny;
• 33°С- łazienka, pokoje z basenem i inne o dużej wilgotności;
• 35°С — strefy zimne (przy drzwiach wejściowych, ścianach zewnętrznych itp.).

Przekroczenie tych wartości wiąże się z przegrzaniem zarówno samego systemu, jak i powłoki wykończeniowej, a co za tym idzie nieuniknionym uszkodzeniem materiału.

Po przeprowadzeniu wstępnych obliczeń możesz wybrać optymalną temperaturę chłodziwa zgodnie ze swoimi osobistymi odczuciami, określić obciążenie obwodu grzewczego i kupić sprzęt pompujący, który doskonale radzi sobie z stymulowaniem ruchu chłodziwa. Jest wybierany z marginesem 20% przepływu chłodziwa.

Ogrzanie jastrychu o pojemności większej niż 7 cm zajmuje dużo czasu, dlatego podczas instalowania systemów wodnych starają się nie przekraczać określonego limitu. Ceramikę podłogową uważa się za najbardziej odpowiednią powłokę do podłóg na bazie wody; podgrzewanych podłóg nie układa się pod parkietem ze względu na jej bardzo niską przewodność cieplną

Już na etapie projektowania należy zdecydować, czy podgrzewana podłoga będzie głównym dostawcą ciepła, czy też będzie wykorzystywana jedynie jako dodatek do gałęzi ogrzewania grzejnikowego. Od tego zależy udział strat energii cieplnej, który musi kompensować. Może wynosić od 30% do 60% z różnicami.

Czas nagrzewania podłogi wodnej zależy od grubości elementów wchodzących w skład jastrychu. Woda jako chłodziwo jest bardzo skuteczna, ale sam system jest trudny w montażu.

Wyznaczanie parametrów podłogi ogrzewanej

Celem obliczeń jest uzyskanie wartości obciążenia cieplnego. Wynik tego obliczenia ma wpływ na kolejne kroki. Z kolei na obciążenie cieplne wpływa średnia temperatura zimowa w danym regionie, oczekiwana temperatura wewnątrz pomieszczeń oraz współczynnik przenikania ciepła przez sufit, ściany, okna i drzwi.

Przyczyną utraty ciepła są źle izolowane ściany, okna i drzwi domu. Największy procent ciepła tracimy przez system wentylacji i dach (+)

Ostateczny wynik obliczeń wcześniej urządzenie do ogrzewania podłogowego rodzaj wody będzie również zależał od obecności dodatkowych urządzeń grzewczych, w tym od emisji ciepła przez ludzi mieszkających w domu i zwierzęta domowe. W obliczeniach należy uwzględnić obecność infiltracji.

Jednym z ważnych parametrów jest konfiguracja pomieszczeń, dlatego będziesz potrzebować planu piętra domu i odpowiednich jego sekcji.

Metoda obliczania strat ciepła

Po ustaleniu tego parametru dowiesz się, ile ciepła powinna generować podłoga, aby zapewnić komfort przebywającym w pomieszczeniu osobom oraz będziesz mógł dobrać kocioł, pompę i podłogę w zależności od mocy. Innymi słowy: ciepło oddawane przez obiegi grzewcze musi kompensować straty ciepła w budynku.

Zależność pomiędzy tymi dwoma parametrami wyraża wzór:

MP = 1,2 x Q, Gdzie

• poseł - wymagana moc obwodu;
• Q - strata ciepła.

Aby określić drugi wskaźnik, wykonuje się pomiary i obliczenia powierzchni okien, drzwi, sufitów i ścian zewnętrznych. Ponieważ podłoga będzie podgrzewana, powierzchnia tej otaczającej konstrukcji nie jest brana pod uwagę. Pomiary dokonywane są na zewnątrz, łącznie z narożnikami budynku.

Obliczenia uwzględnią zarówno grubość, jak i przewodność cieplną każdej konstrukcji. Wartości standardowe współczynnik przewodności cieplnej (λ) dla najczęściej stosowanych materiałów można odczytać z tabeli.

Z tabeli można pobrać wartość współczynnika do obliczeń. Ważne jest, aby dowiedzieć się od dostawcy wartości oporu cieplnego materiału, jeśli montowane są okna wykonane z metalu i tworzywa sztucznego (+)

Straty ciepła oblicza się oddzielnie dla każdego elementu budynku, korzystając ze wzoru:

Q = 1/R*(tв-tн)*S x (1+∑b), Gdzie

• R — opór cieplny materiału, z którego wykonana jest konstrukcja otaczająca;
• S — powierzchnia elementu konstrukcyjnego;
• tв i tн — odpowiednio temperatury wewnętrzne i zewnętrzne, przy czym drugi wskaźnik przyjmuje się według najniższej wartości;
• B — dodatkowe straty ciepła związane z orientacją budynku względem kierunków kardynalnych.

Wskaźnik oporu cieplnego (R) oblicza się dzieląc grubość konstrukcji przez współczynnik przewodzenia ciepła materiału, z którego jest wykonana.

Wartość współczynnika b zależy od orientacji domu:

• 0,1 - północ, północny zachód lub północny wschód;
• 0,05 - zachód, południowy wschód;
• 0 - południe, południowy zachód.

Jeśli rozważymy to pytanie na dowolnym przykładzie obliczenia podłogi ogrzewanej wodą, stanie się to jaśniejsze.

Konkretny przykład obliczeń

Załóżmy, że ściany domu do zamieszkania tymczasowego o grubości 20 cm wykonane są z bloczków z betonu komórkowego. Całkowita powierzchnia ścian otaczających bez otworów okiennych i drzwiowych wynosi 60 m². Temperatura zewnętrzna -25°С, wewnętrzna +20°С, projekt zorientowany jest na południowy wschód.

Biorąc pod uwagę, że współczynnik przewodzenia ciepła bloczków wynosi λ = 0,3 W/(m°*C), można obliczyć straty ciepła przez ściany: R=0,2/0,3= 0,67 m²°C/W.

Straty ciepła obserwuje się także przez warstwę tynku. Jeśli jego grubość wynosi 20 mm, wówczas Rszt. = 0,02/0,3 = 0,07 m²°C/W. Suma tych dwóch wskaźników da wartość strat ciepła przez ściany: 0,67+0,07 = 0,74 m²°C/W.

Mając wszystkie dane wyjściowe, podstawiamy je do wzoru i otrzymujemy straty ciepła pomieszczenia o ścianach: Q = 1/0,74*(20 - (-25)) *60*(1+0,05) = 3831,08 W .

W ten sam sposób oblicza się straty ciepła przez inne otaczające konstrukcje: okna, drzwi, pokrycia dachowe.

Ciepło emitowane przez obiegi grzewcze może nie wystarczyć do ogrzania powietrza w domu do wymaganej wartości, jeśli ich moc będzie niedoszacowana. Jeśli występuje nadmierna moc, nastąpi nadmierne zużycie płynu chłodzącego

Do określenia strat ciepła przez strop przyjmuje się jego opór cieplny równy wartości dla planowanego lub istniejącego rodzaju izolacji: R = 0,18/0,041 = 4,39 m²°C/W.

Powierzchnia sufitu jest identyczna z powierzchnią podłogi i wynosi 70 m². Podstawiając te wartości do wzoru otrzymujemy straty ciepła przez górną przegrodę budynku: Q pot. = 1/4,39*(20 - (-25))* 70* (1+0,05) = 753,42 W.

Aby określić straty ciepła przez powierzchnię okien, należy obliczyć ich powierzchnię. Jeśli są 4 okna o szerokości 1,5 m i wysokości 1,4 m, ich łączna powierzchnia wyniesie: 4 * 1,5 * 1,4 = 8,4 m².

Jeżeli producent osobno podaje opór cieplny dla pakietu szybowego i profilu - odpowiednio 0,5 i 0,56 m²°C/W, to Rocon = 0,5*90+0,56*10)/100 = 0,56 m²°C/wt Tutaj 90 i 10 to udział każdego elementu okna.

Na podstawie uzyskanych danych kontynuujemy dalsze obliczenia: Qwindow = 1/0,56*(20 - (-25))*8,4*(1+0,05) = 708,75 W.

Drzwi zewnętrzne mają powierzchnię 0,95*2,04 = 1,938 m². Następnie Rdv. = 0,06/0,14 = 0,43 m²°C/W. Drzwi Q = 1/0,43*(20 - (-25))* 1,938*(1+0,05) = 212,95 W.

Ponieważ drzwi zewnętrzne są często otwierane, traci się przez nie dużą ilość ciepła. Dlatego ważne jest, aby upewnić się, że są szczelnie zamknięte.

W rezultacie strata ciepła będzie wynosić: Q = 3831,08 +753,42 + 708,75 + 212,95 + 7406,25 = W.

Do tego wyniku należy dodać kolejne 10% na infiltrację powietrza, wówczas Q = 7406,25 + 740,6 = 8146,85 W.

Teraz możesz określić moc cieplną podłogi: Mp = 1,*8146,85 = 9776,22 W lub 9,8 kW.

Wymagane ciepło do ogrzania powietrza

Jeśli dom wyposażony w system wentylacji, wówczas część ciepła wydzielanego przez źródło musi zostać przeznaczona na ogrzanie powietrza napływającego z zewnątrz.

Do obliczeń używana jest formuła:

Qv. = c*m*(tв—tн), Gdzie

• C = 0,28 kg⁰С i oznacza pojemność cieplną masy powietrza;
• M Symbol wskazuje masowy przepływ powietrza zewnętrznego w kg.

Ostatni parametr otrzymujemy mnożąc całkowitą objętość powietrza, równą objętości wszystkich pomieszczeń, przy założeniu wymiany powietrza co godzinę, przez gęstość, która zmienia się w zależności od temperatury.

Wykres przedstawia zależność gęstości powietrza od jego temperatury.Dane są niezbędne do obliczenia ilości ciepła potrzebnej do ogrzania masy powietrza wchodzącego do domu w wyniku wentylacji wymuszonej (+)

Jeśli budynek otrzyma 400 m³/h, wówczas m=400*1,422 = 568,8 kg/h. Qv. = 0,28*568,8*45 = 7166,88 W.

W takim przypadku wymagana moc cieplna podłogi znacznie wzrośnie.

Obliczanie wymaganej liczby rur

Aby zainstalować podłogę podgrzewaną wodą, wybierz inną metody układania rur, różniące się kształtem: trzy rodzaje węży – wąż właściwy, kanciasty, podwójny i ślimak. W jednym zamontowanym obwodzie może występować kombinacja różnych kształtów. Czasami na środkowy obszar podłogi wybiera się „ślimaka”, a na krawędziach wybiera się jeden z rodzajów „węża”.

„Ślimak” to racjonalny wybór do dużych pomieszczeń o prostej geometrii. W pomieszczeniach bardzo wydłużonych lub o skomplikowanych konturach lepiej zastosować „węża” (+)

Odległość między rurami nazywa się podziałką. Decydując się na tę opcję należy spełnić dwa wymagania: stopa nie powinna odczuwać różnicy temperatur w poszczególnych obszarach podłogi oraz maksymalnie efektywnie wykorzystać rury.

W przypadku stref granicznych podłogi zaleca się stosowanie odstępu 100 mm. W pozostałych obszarach można wybrać odstęp od 150 do 300 mm.

Istotna jest izolacja termiczna podłogi. Na parterze jego grubość powinna wynosić co najmniej 100 mm. W tym celu należy zastosować wełnę mineralną lub styropian ekstrudowany.

Aby obliczyć długość rury, istnieje prosty wzór:

L = S/N*1,1, Gdzie

• S — obszar konturu;
• N — etap układania;
• 1,1 — margines na zginanie 10%.

Do wartości końcowej doliczany jest odcinek rury ułożony od kolektora do dystrybucji obiegu ciepłego zarówno na powrocie jak i na zasilaniu.

Przykład obliczeń.

Wartości początkowe:

• kwadrat — 10 m²;
• odległość do kolektora — 6 m;
• krok układania - 0,15 m.

Rozwiązanie problemu jest proste: 10/0,15*1,1+(6*2) = 85,3 m.

W przypadku stosowania rur metalowo-plastikowych o długości do 100 m najczęściej wybiera się średnicę 16 lub 20 mm. Przy długości rury 120-125 m jej przekrój powinien wynosić 20 mm².

Konstrukcja jednoobwodowa nadaje się tylko do pomieszczeń o małej powierzchni. Podłoga w dużych pomieszczeniach jest podzielona na kilka konturów w stosunku 1:2 - długość konstrukcji powinna być 2 razy większa od szerokości.

Obliczona wcześniej wartość to zasięg rury podłogowe ogólnie. Aby jednak uzupełnić obraz, konieczne jest podkreślenie długości osobnego konturu.

Na parametr ten wpływa opór hydrauliczny obwodu, określony średnicą wybranych rur i ilością wody dostarczanej w jednostce czasu. Jeśli te czynniki zostaną zaniedbane, strata ciśnienia będzie tak duża, że ​​żadna pompa nie będzie wymuszać cyrkulacji chłodziwa.

Określenie przepływu rury w zależności od wybranego etapu układania

Kontury o tej samej długości są idealnym przypadkiem, jednak w praktyce rzadko się je spotyka, ponieważ powierzchnia pomieszczeń o różnym przeznaczeniu jest bardzo różna i ograniczanie długości konturów do jednej wartości jest po prostu niepraktyczne. Specjaliści dopuszczają różnicę w długości rur od 30 do 40%.

Średnica kolektora i przepustowość zespołu mieszającego określają dopuszczalną liczbę podłączonych do niego pętli. W paszporcie zespołu mieszającego zawsze można znaleźć wielkość obciążenia termicznego, dla którego jest on przeznaczony.

Powiedzmy, że współczynnik przepustowości (Kvs) wynosi 2,23 m³/H. Dzięki temu współczynnikowi niektóre modele pomp wytrzymują obciążenie od 10 do 15 W.

Aby określić liczbę obwodów, należy obliczyć obciążenie cieplne każdego z nich.Jeżeli powierzchnia zajmowana przez ogrzewaną podłogę wynosi 10 m², a przenikanie ciepła wynosi 1 m², wówczas wskaźnik Kvs wynosi 80 W, wówczas 10*80 = 800 W. Oznacza to, że zespół mieszający będzie w stanie zapewnić 15 000/800 = 18,8 pomieszczeń lub obwodów o powierzchni 10 m².

Liczby te są maksymalne i można je zastosować tylko teoretycznie, ale w rzeczywistości liczbę tę należy zmniejszyć o co najmniej 2, a następnie 18 - 2 = 16 obwodów.

Wymagane podczas selekcji jednostka mieszająca (kolektor) zobacz, czy ma taką liczbę wniosków.

Sprawdzenie prawidłowego doboru średnic rur

Aby sprawdzić, czy przekrój rury został wybrany prawidłowo, można skorzystać ze wzoru:

υ = 4*Q*10ᶾ/n*d²

Gdy prędkość odpowiada znalezionej wartości, przekrój rury jest dobierany prawidłowo. Dokumenty regulacyjne dopuszczają maksymalną prędkość 3 m/s. o średnicy do 0,25 m, ale optymalna wartość to 0,8 m/s, ponieważ wraz ze wzrostem jej wartości wzrasta efekt hałasu w rurociągu.

Dodatkowe informacje na temat obliczania rur ogrzewania podłogowego podano w Ten artykuł.

Obliczanie pompy obiegowej

Aby system był ekonomiczny, potrzebujesz wybierz pompę obiegowązapewniając wymagane ciśnienie i optymalny przepływ wody w obiegach. Paszporty pomp zwykle wskazują ciśnienie w obwodzie o najdłuższej długości i całkowity przepływ chłodziwa we wszystkich pętlach.

Na ciśnienie wpływają straty hydrauliczne:

∆h = L*Q²/k1, Gdzie

• L — długość konturu;
• Q — zużycie wody l/s;
• k1 - współczynnik charakteryzujący straty w układzie, wskaźnik można pobrać z tabel referencyjnych dotyczących hydrauliki lub z paszportu sprzętu.

Znając wielkość ciśnienia, obliczyć natężenie przepływu w systemie:

Q = k*√H, Gdzie

k jest współczynnikiem przepływu.Specjaliści zakładają, że natężenie przepływu na każde 10 m² domu mieści się w granicach 0,3-0,4 l/s.

Wśród elementów podłogi z ciepłą wodą szczególną rolę pełni pompa obiegowa. Tylko jednostka, której moc jest o 20% większa niż rzeczywisty przepływ chłodziwa, będzie w stanie pokonać opór w rurach

Liczb dotyczących ciśnienia i natężenia przepływu wskazanych w paszporcie nie można traktować dosłownie - jest to maksimum, ale w rzeczywistości wpływa na nie długość i geometria sieci. Jeśli ciśnienie jest zbyt wysokie, zmniejsz długość obwodu lub zwiększ średnicę rur.

Zalecenia dotyczące wyboru grubości jastrychu

W podręcznikach można znaleźć informację, że minimalna grubość jastrychu wynosi 30 mm. Gdy pomieszczenie jest dość wysokie, pod wylewkę umieszcza się izolację, co zwiększa efektywność wykorzystania ciepła oddawanego przez obieg grzewczy.

Najpopularniejszym materiałem podkładowym jest ekstrudowana pianka polistyrenowa. Jego opór przenikania ciepła jest znacznie niższy niż betonu.

Podczas montażu jastrychu, aby zrównoważyć rozszerzalność liniową betonu, obwód pomieszczenia dekoruje się taśmą tłumiącą. Ważne jest, aby wybrać odpowiednią grubość. Eksperci doradzają, aby w pomieszczeniu o powierzchni nieprzekraczającej 100 m² zainstalować warstwę wyrównawczą o grubości 5 mm.

Jeżeli wartości powierzchni​​ są większe ze względu na długość przekraczającą 10 m, grubość oblicza się ze wzoru:

b = 0,55*L, Gdzie

L to długość pokoju w m.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Ten film dotyczy obliczeń i montażu podgrzewanej podłogi hydraulicznej:

Film zawiera praktyczne zalecenia dotyczące układania podłogi. Informacje te pomogą Ci uniknąć błędów, które zwykle popełniają amatorzy:

Obliczenia umożliwiają zaprojektowanie systemu „ciepłej podłogi” o optymalnych wskaźnikach wydajności. Dopuszczalne jest instalowanie ogrzewania na podstawie danych paszportowych i zaleceń.

To zadziała, ale profesjonaliści radzą nadal spędzać czas na obliczeniach, aby system ostatecznie zużywał mniej energii.

Czy masz doświadczenie w obliczaniu ogrzewania podłogowego i przygotowaniu projektu obiegu grzewczego? A może nadal masz pytania na ten temat? Podziel się swoją opinią i zostaw komentarz.