Проектирование системы напольного отопления «Uponor»

Содержание статьи:

Виды полов

Бетонные наливные полы

В наливных бетонных полах, или при так называемой «мокрой укладке», наливной слой распределяет тепло по поверхности, обеспечивая тем самым равномерную температуру поверхности пола. Необходимо проследить, чтобы в бетоне и в особенности вокруг труб не было воздушных карманов, поскольку воздух является плохим проводником тепла. Поэтому важно провибрировать бетон. Кроме того, в продаже имеются специальные добавки для бетона, которые помогут решить эту проблему. Эти добавки не оказывают влияния на трубы «Uponor».

Существуют различные решения для укладки труб напольного отопления в бетонные конструкции пола, в зависимости от конструкции здания и конкретной обстановки. Следующие решения используются в большинстве случаев при укладке труб в бетонные конструкции пола. Существуют и другие способы с применением различного вида приспособлений для крепления труб до бетонирования.

Общие указания

  • Трубы укладываются согласно схеме укладки труб.
  • Минимальная толщина покрывающего трубы бетона должна составлять 30 мм.
  • Максимальная толщина покрывающего трубы бетона – 70 мм.
  • В более крупных сооружениях, где существует риск механического повреждения труб строительными рабочими или механизмами, петли после укладки должны быть немедленно покрыты бетоном.
  • Стальная арматурная сетка конструкции пола обеспечивает легкое и экономичное крепление труб согласно требуемой схеме.
  • Уложите арматурную сетку на всю площадь пола.
  • Максимальное расстояние между местами крепления к сетке составляет 750 мм. На сгибах 300 мм.

Укладка трубных петель. Петли труб, закрепленные на арматурной сетке

Стальная арматурная сетка конструкции пола обеспечивает легкое и экономичное крепление труб согласно требуемой схеме.

  • Уложите арматурную сетку на всю площадь пола.
  • Максимальное расстояние между местами крепления к сетке составляет 750 мм. На сгибах 300 мм.

Примечание: Убедитесь в том, что сетка не лежит прямо на теплоизоляции. Сетка обычно предназначена для армирования бетона.

Сечение пола с креплением труб к металлической сетке

 

Материалы для покрытия пола

Структура поверхности пола влияет на излучение тепла. Материал покрытия пола и его толщина оказывают влияние на теплопередачу. Толстый ковер от стены до стены действует как изолятор, и поэтому потребуется более высокая температура воды для достижения такой же температуры на поверхности, как в случае с более тонким покрытием. С другой стороны, изолирующие покрытия для пола обеспечивают более равномерную температуру пола. Другие материалы покрытия для пола, например керамическая плитка, хорошие проводники тепла, для которых требуется более низкая температура воды.

Помните следующее:

Убедитесь в том, что материалы покрытия пола на основе дерева имеют подходящее содержание влаги для применения их в системе напольного отопления.

Относительно паркетных полов «Uponor» рекомендует максимальную температуру пола 27°С.

Для того, чтобы определить степень воздействия материалов для покрытия на теплопередачу, можно использовать следующую формулу. Более высокое значение 1/R материала означает, что теплопередача осуществляется более эффективно.

Коэффициент теплопередачи материала

λ – коэффициент теплопроводности, Вт/мК

d – толщина, м

Если толщина бетонного слоя (но уже с керамической плиткой) над трубами 30 мм, то в расчетах принимается 1/R=100.


Требования к теплоизоляции

 

Теплоизоляция пола

Теплоизоляция пола рекомендуется для уменьшения потерь тепла по направлению вниз. На первом этаже эти потери могут создать проблемы при регулировании температуры в здании. Должна быть использована качественная теплоизоляция (< 0,04 Вт/мК).

Уменьшение потерь тепла по направлению вниз

Чтобы нейтрализовать потери тепла в системе напольного отопления по направлению вниз, толщина теплоизоляции под бетонной плитой в контакте с грунтом должна быть увеличена на 80 мм. Эта цифра получается из расчетов при тепловой нагрузке пола 50 Вт/м2. С помощью расчетов проверяется, чтобы потери тепла по направлению вниз были на уровне 10% от общей тепловой нагрузки, что является нормальным для хорошо теплоизолированного скандинавского односемейного дома без напольного отопления. Если местные нормы потерь тепла по направлению вниз отличаются, то на теплоизоляцию могут быть установлены другие требования.

Теплоизоляция, защищающая от влажности

Чтобы обеспечить приемлемый уровень влаги в бетоне (< 85%), перепад температуры через теплоизоляцию под бетонной плитой может составлять ориентировочно 4°С. Для дома, расчетная тепловая нагрузка пола которого 50 Вт/м2, толщина теплоизоляции под бетонной плитой должна быть 100 мм.

Не превышать определенный максимальный уровень влажности в бетоне важно в случаях, когда бетон покрывается ковровым покрытием либо паркетом. Если уровень относительной влажности превышает 85%, то это может послужить причиной нездорового внутреннего климата.

Чтобы перепад температур был не более 4°С через изоляцию, толщина теплоизоляции должна быть увеличена. При ширине дома, например 20 м, толщина теплоизоляции должна быть 120 мм.

Большие дома труднее теплоизолировать от повышенного уровня влажности. В таких случаях рекомендуется использовать бетонные полы без покрытия или керамические либо натуральные каменные материалы.


Регулирование температуры в помещении

 

Регулирование температуры в помещении требуется для достижения лучшего внутреннего комфорта. В одном здании существуют различные потребности в тепле, в зависимости от внешних факторов (ориентация здания, направление ветра и т.д.) или внутренних факторов (освещение, открытый огонь, время проживания и т.д.).

Напольное отопление отвечает этими требованиями. Температура в каждом помещении может быть точно отрегулирована при помощи комнатного термостата. Однако, при планировке открытого типа, разные помещения можно рассматривать как одно целое. В таких случаях «Uponor» рекомендует использовать только один комнатный термостат для контроля всей открытой части, установленный в помещении с наибольшими теплопотерями. Обычно это помещение с наибольшим количеством наружных стен или окон.

Двухпозиционное (вкл-выкл) регулирование

Коррекция температуры в системах «Uponor» обычно происходит по принципу двухпозиционного регулирования. Например, принимаем, что температура помещения немного ниже, чем заданная комнатным термостатом. Термостат включает отопление. Применяя принцип вкл-выкл, термостат открывает приток тепла в течение 5 минут. После этого он закрывает приток независимо от температуры помещения, если температура помещения все же ниже заданной, термостат снова включает после 5-минутной паузы отопление на следующие 5 минут и т.д. Идея такого принципа регулирования — это максимально равномерное, насколько это возможно, повышение температуры пола для обеспечения повышенной степени комфорта.

В течение 5 минут, когда термостат открыт, вода циркулирует с большой скоростью и заполняет контур напольного отопления полностью новой водой с равномерной температурой.

Регулирование потока

Системой напольного отопления можно также управлять при помощи регулирования потока. Больший расход обеспечивает высокую теплоотдачу с поверхности пола, а низкий — наоборот. Однако, это дает неравномерную температуру поверхности пола.

Различные, связанные между собой факторы климатических условий и конструкций здания влияют на время реагирования системы напольного отопления.

Время реагирования изменяется в соответствии с наружной температурой. Системы отопления спроектированы таким образом, чтобы они могли справиться с поддержанием необходимой температуры во время самых холодных месяцев года. Однако, системы спроектированы не только для работы в течение этого периода, а до и после холодного сезона имеется резерв мощности, благодаря которому сокращается время реагирования.

Конструкция здания

Теплоизоляция здания, коэффициент теплопередачи U, влияет на работу системы напольного отопления. Если конструкции здания плохо изолированы, это может привести к реальным потерям энергии, которые могут оказать влияние на время реагирования. Конструкция пола также влияет на время реагирования. В домах с наливными бетонными полами, пол будет накапливать энергию, замедляя первоначальное время реагирования. В общественных зданиях этот эффект накапливания энергии может быть использован для экономии энергии в ночное время или в конце недели, когда перепад температуры допустим из-за отсутствия людей в здании. Систему можно, например, регулировать с помощью недельного таймера, запрограммированного на реагирование системы. В домах с деревянными полами на балках или настеленными полами — наоборот, более короткое время реагирования, так как дерево имеет низкую теплоемкость.

 


Конфигурация петли

 

Имеется три основных типа конфигурации петли напольного отопления. Выбор типа конфигурации зависит от техники и традиций строительства в разных странах.

Вообще при составлении планов укладки труб необходимо обратить внимание на то, чтобы направить подающий поток воды к внешним стенам или другим потенциально холодным зонам.

На этой стадии необходимо принять во внимание такой момент, как предотвращение прохождения петель через швы расширения, которые имеются в бетонной плите.

Понижение температуры в петлях трубы должно удерживаться на возможно низком уровне, приблизительно 5°С, чтобы избежать неравномерной температуры пола.

Конфигурация А

Конфигурация А обеспечивает легкий монтаж труб и более равномерное распределение тепла по поверхности пола. Колебания температуры на малых площадях минимальные.

Основным преимуществом конфигурации А является то, что её легко приспособить ко всем видам конструкции пола. Она может быть легко преобразована для компенсации теплопотерь путем изменения шага укладки трубы.

Конфигурация А

Конфигурация А подходит для большинства систем напольного отопления в жилых домах. Рекомендуется использование очень гибкой трубы, такой как «Uponor».

Конфигурация B

Эту конфигурацию характеризует то, что трубы подающего и обратного потока воды на схеме укладки петель направлены параллельно друг другу.

Конфигурация B, параллельная укладка подающей и обратной труб

Конфигурация В обеспечивает равномерную среднюю температуру, но при ней возможны более высокие колебания температуры на малых площадях. Она подходит для отопления более обширных площадей с повышенной потребностью в тепле, например церкви, ангары или на улице, где требуется таяние снега.

Конфигурация С

Эта конфигурация является, в целом, вариантом конфигурации В, но она выполняется в форме спирали.

Конфигурация С подходит для жилых домов с повышенной потребностью в тепле. Она не очень подходит для установки на конструкциях деревянных полов.

Конфигурация С, трубы поступающей и обратной воды уложены параллельно спиралью

Эта конфигурация разрешает проблему жесткости некоторых труб, ввиду отсутствия крутых изгибов.

 


Размер трубы

 

Система «Uponor» рекомендует трубу 20x2,0мм, которая отвечает требованиям большинства систем. Несмотря на это, могут быть приняты во внимание и другие размеры, например, при наличии особых требований по теплоотдаче и падению давления. Практические аспекты, такие как гибкость трубы, также могут иметь значение при определении размера трубы.

Различные размеры трубы требуют корректировки температуры воды. График 1 показывает это отношение в виде поправочного коэффициента.

График 1. Зависимость температуры воды от диаметра трубы

Например, если вместо трубы диаметром 20 мм используется труба диаметром 15 мм, температура воды должна быть повышена на коэффициент 1,02, т.е. на 2%. Необходимо помнить, что для поддержания постоянного потока воды нужно также увеличить скорость потока, а это в свою очередь ведет к увеличению падения давления.


Глубина укладки трубы

 

Глубина укладки трубы находится в прямой зависимости от температуры воды. График 3 показывает это отношение.

В системе, где труба уложена на большей глубине, температура воды должна быть выше.

Несмотря на это, при более глубокой укладке температура пола будет более равномерной.

В бетоне рекомендуемая глубина укладки 30-70 мм. Если труба установлена слишком близко к поверхности бетонной плиты, температура по поверхности пола может изменяться. С другой стороны, если труба установлена глубоко внутри бетонной плиты, часть тепловой энергии будет аккумулироваться. Такая ситуация увеличивает время реагирования.

Примечания:

В системах, где материал над трубой имеет более низкую теплопроводность (дерево), труба может быть расположена ближе к поверхности.

Когда трубы укладываются в бетон, важно избегать образования воздушных пустот вокруг трубы, которые могут уменьшить передачу тепла в бетоне.

 


Шаг укладки трубы

 

Исходя из экономических и технических аспектов, шаг укладки трубы (расстояние между осями соседних труб) 300 мм обеспечивает оптимальное проектирование и монтаж напольного отопления. Данный шаг укладки широко распространен в системах напольного отопления в скандинавских странах.

График 2. Зависимость температуры воды от глубины укладки трубы

Важным фактором, определяющим шаг укладки трубы, является колебание температуры на поверхности пола. Исследования показывают, что босая стопа человека не может различать колебания температуры менее 2°С. Шаг трубы 300 мм для конфигурации А уложенный в бетоне на глубине, как минимум, 30 мм поддерживает температуру в пределах, где человеческая стопа не в состоянии определить любое колебание температуры пола.

График 3. Зависимость температуры воды от шага укладки трубы

Существуют три основных переменных величины при проектировании напольного отопления: теплопотери, температура воды и шаг укладки трубы. Решающей переменной величиной являются, конечно же, теплопотери. Для упрощения проектных расчетов можно оставить постоянной либо температуру воды, либо шаг укладки трубы.

а) Постоянная температура воды

Если температура подаваемой воды поддерживается постоянной, то теоретически различающийся шаг укладки трубы будет уравновешивать неравномерность распределения температуры пола. Однако, изменение шага укладки трубы имеет больше пользы при переменных температурах. В домах с различными конструкциями пола, например бетонный пол на грунте на первом этаже и пол на деревянных балках на втором этаже, где разница требуемой температуры воды между этажами может быть более чем 15°С, трудно скомпенсировать разницу температур только изменением шага укладки трубы. Поэтому системы с постоянной температурой воды главным образом применяются там, где назначение отапливаемого пола второстепенное и/или когда подающая вода имеет постоянную температуру: например в случае, когда для напольного отопления применяются отработанное тепло или тепловые насосы.
Не только это является причиной ограниченного применения, но и технические неудобства укладки труб с различным шагом. Другой недостаток очевиден в случае, если покрытие пола заменяется другим, например, при замене керамических плиток на ковер от стены до стены: шаг укладки остается прежним, уменьшая таким образом теплоотдачу.

б) Постоянный шаг укладки трубы

При постоянном шаге укладки трубы происходит изменение температуры подающей воды. Упрощается проектирование (чертежи и т.д.) и монтаж.
Монтажник укладывает трубы с одним и тем же шагом и остается лишь вопрос последующей регулировки температуры.
Необходимо помнить, что существуют ограничения температуры воды (см. Температура пола (выше) и Температура воды). В случаях, когда требуется более высокая температура, необходимо применить разный шаг укладки трубы и разную конфигурацию петли.
Если контур спроектирован с шагом укладки трубы не 300 мм, температура воды должна быть принята другой для достижения такой же теплоотдачи (см. график 3). Например, если шаг укладки трубы составляет 400 мм вместо 300 мм, необходимо повышение температуры воды на 10%. Шаг укладки трубы 100 мм наоборот потребует уменьшения температуры воды на 10%. Однако, обратите внимание на то, что при этом понадобится большее количество труб для покрытия одной и той же площади, и, соответственно, увеличится стоимость системы.


Силы при удлинении и усадке

 

Тепловое расширение

В системе напольного отопления, где используются трубы 20x2,0 мм и 25x2,3 мм, силы теплового расширения незначительны. Удлинение и расширение труб не может происходить, когда они залиты бетоном. Тем не менее, поперечное расширение приводит к незначительному увеличению толщины стенки. Это значит, что трубы не повредят бетон, например, вызвав трещины, как в случае использования металлических труб.

График 4. Тепловое удлинение

 

Общее

Максимальная сила удлинения возникает, когда закрепленная труба нагревается до ее максимальной рабочей температуры 95°С. Максимальная сила усадки, с другой стороны, возникает в результате теплового сокращения, а также продольной усадки трубы, если она уложена и закреплена при максимальной рабочей температуре.

Остаточная сила в трубе при температуре монтажа в результате продольной усадки, когда закрепленная труба была подвергнута максимальному рабочему давлению и температуре в течение некоторого времени.

 


Расположение коллекторов

 

На начальной стадии проектирования необходимо тщательно продумать расположение коллекторов.

Коллекторы должны быть расположены, по возможности, в центре здания, чтобы длина проложенных труб между коллекторами и индивидуальными зонами отопления была минимальной. Это поможет сбалансировать систему и улучшить регулирование температуры в отдельных помещениях. Монтаж должен быть осуществлен таким образом, чтобы было легко проводить обслуживание и, чтобы уменьшить ущерб от затопления водой, если возникнет необходимость ремонта.

Предлагаемые распределители напольного отопления выполнены из латуни сечением 1”. Распределители выполнены как сегменты с двумя или тремя отводами, которые можно произвольным образом соединять в полный распределитель или в комплекты готовых распределителей (2-12 отводов).

В подающий распределитель встроены регулирующие клапаны для каждой нагревательной петли. По желанию пользователя, каждый из этих клапанов можно оборудовать сервомотором, управляемым комнатным термостатом.

Коллектор для напольного отопления

В возвратном коллекторе для каждого змеевика встроен компенсационный клапан расхода (так называемая — начальная настройка), дающий возможность точной гидравлической регулировки системы. В заглушку встроен входной патрубок для наполнения системы водой, кроме того, существует возможность установки ручного или автоматического регулирования.

Перед каждым распределителем необходимо установить запорные клапаны. В данном случае могут быть использованы угловые или прямые шаровые краны.

 


Деформационные швы при напольном отоплении

 

Проектировщик здания должен составить план размещения необходимых деформационных швов. Применение деформационных швов обеспечивает правильное функционирование поверхности пола.

Напольное отопление, являясь низкотемпературной отопительной системой, не вызывает существенного увеличения напряжений на поверхности пола.

Деформационные швы предотвращают появление трещин на поверхности пола, минимализируют напряжения, ограничивая их перенос на стены и конструкции здания.

Принципы размещения деформационных швов:

  • края бетонной поверхности
  • максимальная площадь отопительной поверхности 40 м2, при соотношении длин не более 1:2 и максимальной длине 8 м
  • максимальная длина боковых поверхностей плиты 8 м
  • при переходе через строительные конструкции
  • при переходах через проёмы, например, двери
  • при сложной, нерегулярной форме нагревательной поверхности

Внимание:

В случае применения ангидритного монолитного пола следует поступать в соответствии с инструкцией производителя. Деформационные швы должны быть запроектированы в соответствии с данным рисунком.

Разрез деформационного шва (перпендикулярно к отопительным трубам)

 

Разрез деформационного шва (паралельно к отопительным трубам)

 

Швы в полу

Скрытый шов

Шов с запасом на усадку. Этот тип соединения учитывает усадку элементов. Это «воображаемая точка разрыва», запроектированная для возможности контролирования трещин во время высыхания раствора верхнего слоя пола. После высыхания раствора необходимо выполнить неполное уплотнение, на прим., эпоксидной смолой.

 

Деформационный шов (дилатация)

Этот шов предназначен для компенсации термических удлинений и является наиболее важным типом швов, выполняемых в стяжке пола. Он предназначен для компенсации перемещений стяжки. Толщина компенсационного шва должна составлять 8 мм.

 

Недеформационный шов

Такой шов не дает возможности расширения и не обеспечивает контроля трещин. Применяется в тех случаях, когда монолитный пол выливается этапами. После высыхания монолитного пола необходимо выполнить неполное уплотнение, например, эпоксидной смолой.

 

Место прокладки ленты

Деформационные швы чаще всего выполняются при помощи краевой ленты (называемой иначе дилатационно — изоляционной), выполненной из мягкой пены. Проект укладки отопительных петель должен быть скоординирован с системой дилатации. Трубы необходимо укладывать таким образом, чтобы до минимума ограничить количество проходов через компенсационные швы. Там, где проход необходим, трубу на отрезке 40 cм (по 20 cм с каждой стороны дилатации), следует укладывать в гофрированной защитной трубе «пешель». Это предотвратит упрочнение дилатации отопительными трубами, а также позволит избежать возможности воздействия на трубы сдвигающих сил.

Переход нагревательных труб через дилатацию

Дилатацию между нагревательными плитами монтируем непосредственно на теплоизоляции при помощи самоклеящейся ленты на нижней поверхности профиля.

Профиль имеет отверстия, через которые производится укладка отопительных труб в защитной трубе по 20 см с каждой стороны профиля.

 
Деформационный шов
Способ укладки отопительных петель в случае необходимости выполнения дилатации

Деление на дилатационные поля

Пример деления на дилатационные поля


Методика расчетов

Исходные данные

Данное руководство рассматривает в основном следующие исходные данные:

  • Температура в помещении 20°С
  • Теплопотери здания составляют <100 Вт/м2, исключая потери через пол (для ограничения температуры пола до 29°С)
  • Понижение температуры в петле трубы приблизительно 5°С
  • Конфигурация петель по типу А
  • Шаг укладки трубы 300 мм
  • Петли из трубы «Uponor» диаметром 20х2,0 мм
  • Магистральные трубы «Uponor».

Необходимая энергия (qрасч)

Климатические условия и техника строительства в Скандинавии обычно требуют максимальную qрасч=50 Вт/м2 (плотность теплопотока) для достижения внутри помещения температуры 20°С. Низкая потребность энергии – результат отличной теплоизоляции зданий (окна с тройным остеклением и т.д.). Такая qрасч применяется в расчетах для стран с умеренным климатом. Несмотря на это, практично делать расчеты, исходя из qрасч=100 Вт/м2, которая покрывает потребность энергии в большинстве случаев и обеспечивает температуру пола 29°С, которая является максимальной комфортной температурой пола.

Обратите внимание на то, что связь между qрасч и температурой пола не зависит от таких переменных; величин проекта напольного отопления, как скорость потока воды, температура воды, шаг укладки трубы, глубина укладки трубы, размер трубы и конфигурация петли (см. ниже раздел Коэффициент теплопередачи пола).

Расчет с qрасч=100 Вт/м2 по сравнению с qрасч=50 Вт/м2 не влияет на расход материала (количество петель), используемого в системе. Это значит, что заранее выполненные проектные работы по составлению спецификации материалов остаются прежними, независимо от qрасч. Параметры, которые можно варьировать в зависимости от с qрасч, - это расход воды, который определяет размер магистральных труб, параметры насоса или регулирование насоса, и температура воды, которая определяет температуру поступающего потока.

Величина qрасч рассчитывается:

Р – теплопотери, Вт

Апол – площадь пола, м2

Теплопотери Р, зависят от проекта самого здания и требуются в расчетах при выборе типа отопительной системы. Другими словами, их определение является обычной частью процесса проектирования. Тем не менее, при рассмотрении отопительных систем будет полезно разобраться в некоторых факторах.

Общая формула для расчета Р:

(пот=потолок, пол=пол, стн=стена, окн=окна, двр=двери)

Твн – расчетная температура в помещении, °С

Тнар – расчетная наружная температура, °С

Uпот – общий коэффициент теплопередачи для поверхности потолка, Вт/м2К

Апот – площадь поверхности потолка, м2

V – объем воздуха в здании/помещении, м3

Ср – удельная теплоемкость 1 м3 воздуха при постоянном давлении, кДж/кгК около 1,0 кДж/кгК (1 Дж=1 Вт с)

р – 1,20 кг/м3 для воздуха при температуре 20°С

n – кратность воздухообмена, раз/час

Пример:

Рассчитайте qрасч для следующего здания:

Данные:

Исходные данные, как было указано выше, плюс следующие:

Длина = 10м Uпот = 0,2 Вт/м2К
Ширина = 10м Uпол = 0,3 Вт/м2К
Высота = 2,5м Uстн = 0,3 Вт/м2К
Апол = 10х10=100м2 Uокн = 2,0 Вт/м2К
V = 100х2,5=250м3 Uдрв = 1,0 Вт/м2К
N = 0,5 раз/час Аокн = 25 м2
Tвн = 20°С внутри Адвр = 4 м2
Тнар = -20°С снаружи    

 

Расчет:

(потолок + пол + стены + окна + двери + вентиляция) х разница температуры

Uпот х Апот = 0,2 х 100 = 20 12,0%
Uпол х Апол = 0,3 х 100 = 30 18,0%
Uстн х Астн = 0,3 х((10+10+10+10)х2,5-25-4) = 21,3 13,0%
Uокн х Аокн = 2,0 х 25 = 50 30,0%
Uдвр х Адвр = 1,0 х 4 = 4 2,3%

 

Коэффициент теплоотдачи пола

Коэффициент теплоотдачи пола αпол составляет 10 - 12 Вт/м2К. αпол имеет два компонента: радиацию и конвекцию, каждый из которых покрывает около 50% от общей αпол.

Следующую формулу можно применить для расчета средней температуры поверхности пола:

 

График 5. Теплоотдача поверхности пола

 

Пример:

Рассчитайте температуру пола здания при qрасч=63 Вт/м2.

Данные:

Исходные данные, как было указано выше, плюс следующие:

qрасч = 63 Вт/м3

αпол = 11 Вт/м2·К

tпом = 20°С

Расчет:

(Заметьте, что эта цифра не должна превышать максимальную температуру пола, см. раздел Температура пола).

можно определить по графику 5. Этот график учитывает свойства поверхности пола, т.е. является ли поверхность гладкой (керамическая плитка) или нет (ковер от стены до стены). График для гладкой поверхности хорошо согласуется с DIN 4725. Понижение температуры равно приблизительно 5,7°С, к ней надо прибавить 1пом=20°С. Таким образом, температура пола будет составлять 20+5,7 =25,7°С.

Пример:

Коэффициент теплопередачи покрытия пола

Тип материала для покрытия пола и его толщина влияют на понижение температуры в этом слое. Коэффициент теплопередачи можно рассчитать по следующей формуле:

 

График 6. Понижение температуры через покрытие пола

R – термическое сопротивление, м2К/Вт

X – коэффициент теплопроводности, Вт/мК

d – толщина, м

Пример 1:

Рассчитайте величину коэффициента теплопередачи 1/R для паркетного пола.

Данные:

Исходные данные, как было указано выше, плюс следующие:

λ = 0,13 Вт/мК

d = 13 мм

Расчет:

 

Понижение температуры через покрытие пола

Пример 2:

Рассчитайте понижение температуры через покрытие пола.

Данные:

Исходные данные, как было указано выше, плюс следующие:

qрасч = 63 Вт/м2

Расчет:

Понижение температуры через покрытие пола при qрасч = 63 Вт/м2 и

можно определить по графику 7. Понижение температуры составляет приблизительно 6,3°С.

Пример: ΔTпок=6,3°С

 

График 7. Понижение температуры в полах различной конструкции

Понижение температуры через конструкцию пола показано на графике 7, где:

Линия А относится к бетонным наливным полам*

Линия B относится к настеленным полам с древесно-стружечной плитой толщиной 16 мм**

Линия С относится к настеленным полам с древесно-стружечной плитой толщиной 22 мм**

*) Слой бетона над трубой от 30 до 70 мм

**) 80% площади пола покрыто алюминиевыми теплораспределительными пластинами

Пример:

Рассчитайте понижение температуры через бетонный наливной пол.

Данные:

Исходные данные, как было указано выше, плюс следующие:

Толщина бетонного слоя – 40 мм

qрасч = 63 Вт/м2

Расчет:

Из графика 8, линия А, понижение температуры ΔTкон приблизительно 3,2°С.

Пример: ΔTкон=3,2°С

Температура воды

Температура воды в трубах напольного отопления определяется температурой помещения, которая должна быть достигнута при определенной qрасч. Эта температура является средней температурой воды.

Системы напольного отопления обычно спроектированы с понижением температуры в петле на 5°С. Это может быть выражено равенством

Незначительное понижение температуры в петле трубы обеспечивает более равномерную температуру пола.

означает, что температура подающего потока воды рассчитана путем прибавления 2,5°С к средней температуре воды и температура обратного потока воды рассчитана путем вычитания 2,5°С из средней температуры.

Пример:

Рассчитайте среднюю температуру, температуру подающего и обратного потока воды в доме.

Данные:

Исходные данные, как было указано выше, плюс следующие:

qрасч = 63 Вт/м2

tпом = 10°С

Тип покрытия пола — паркет , толщина 13 мм

Тип конструкции пола — бетонный наливной пол (слой над трубой 40мм)

Расчет:

Средняя температура воды

- 5,70С, см. график 6

- 6,30С, см. график 7

- 3,20С, см. график 8

Температура подающей воды

Температура обратной воды

Расход воды

В системе напольного отопления поток воды несет тепло к полу. Величина расхода воды определяется количеством тепла, которое должно быть передано, и заданным понижением температуры.

Расход воды в системе может быть рассчитан по следующей формуле:

Q – Расход воды, л/с

Р – теплопотери, Вт

Данные:

Исходные данные, как было указано выше, плюс следующие:

Теплопотери – 6304 Вт

=5°C

Расчет:

Площадь помещения может меняться в зависимости от планировки интерьера дома.

Теплопотери будут пропорциональны площади помещения и петли труб, соответственно, будут различной длины. Обычно самое большое помещение имеет наибольшие теплопотери. Теплопотери меняются в зависимости от расположения помещения, количества наружных дверей и окон.

Пример 2:

Рассчитайте расход воды для отдельных помещений дома.

Данные:

Исходные данные, как было указано выше, плюс следующие:

P = 6304 Вт

=5°C

Адом = 100 м2

Адом 1…8 = 20, 15, 12, 10, 15, 7, 8, 13 м2 (100 м2)

Рдом 1…8 = 1260, 946, 756, 630, 946, 442, 504, 820 Вт (=6304 Вт)

Расчет:

Qпом.2…8 = 0,045; 0,036; 0,03; 0,045; 0,021; 0,024; 0,039 л/с (=0,24 л/с)

Примечание: Минимальная скорость потока воды для транспортирования пузырьков воздуха различна в зависимости от размера трубы. В системе напольного отопления с трубой «GOLAN–AQUA-PEX» 20x2,0 мм скорость потока воды должна превышать 0,2 м/с.

Скорость потока воды может быть рассчитана следующим образом:

V – скорость потока воды, м/с

Q – расход воды, л/с

Vтрб – объем воды на метр трубы, л/м (0,197 л/м для трубы 20х2,0 мм)

Потери давления

Для определения мощности насоса для системы напольного отопления необходимо иметь данные о суммарных потерях давления и расходе воды. Расход воды может быть получен как было показано в предыдущем разделе.

Суммарные потери давления могут быть получены путем сложения потерь давления в:

  1. Петлях труб напольного отопления
  2. Коллекторах
  3. Трубах подающей и обратной воды
  4. Котле, клапанах и т.д.

Пример:

Рассчитайте необходимую мощность насоса для системы напольного отопления в доме.

Примечание: Номограмма вентилей коллектора (график 9), применяемая в примерах расчета в данном руководстве дана только для иллюстрации и упрощения расчетов. Ее нельзя использовать при практических расчетах.

Для практических расчетов необходимо использовать диаграммы, соответствующие используемым коллекторам.

Данные:

Исходные данные, как было указано выше, плюс следующие:

Общий расход воды, Q = 0,3 л/с

Длина труб подающей и обратной воды, L = 10 м

Потери давления в трубах подающей и обратной воды = 0,2 кПа/м

Расход воды в самой длинной петле трубы = 0,06 л/с

Длина самой длинной петли = 70 м

Расчет:

Потери давления в самой длинной петле можно определить по графику 10, при выборе параметров 0,06 л/с и 70 м, равняются 0,085 х 70 = 5,95 кПа

Потери давления в вентилях (коллекторах) можно определить по графику 9, при выборе параметра 0,06 л/с, при полностью открытых клапанах = 3,0 кПа.

Потери давления в трубах подающей и обратной воды получаем путем умножения 10 м на 0,2 кПа/м = 2 кПа.

Суммарные потери давления = 5,95 + 3,0 + 2,0 = 10,95 кПа.

Необходимая мощность насоса для данной системы: Q = 0,3 л/с, Р = 10,95 кПа

Обратите внимание на то, что в расчет не включены потери давления в котле, вентилях и т.д.

Балансирование трубных петель

Система с петлями труб различной длины и различными требуемыми расходами воды будет иметь разные значения потерь давления в разных петлях. Для того, чтобы добиться равномерного распределения тепла между помещениями, потери давления в разных петлях системы должны быть сбалансированы (выровнены).

График 8. Номограмма вентилей коллектора

В системах напольного отопления «Uponor» это можно сделать при помощи регулирующих вентилей, закрытых пробками, в обратном коллекторе.

Пример:

Рассчитайте пред установку регулирующего вентиля в обратном коллекторе системы напольного отопления.

Данные:

Исходные данные, как было указано выше, плюс следующие:

Длина петли в помещении 1...8 = 70, 53, 42, 35, 53, 26, 30, 46 м

Qпом 1…8 = 0,060, 0,045, 0,036, 0,030, 0,045, 0,021, 0,024, 0,039 л/с

Потери давления в петлях 1...8 = 5,25, 2,39, 1,30, 0,77, 2,39, 0,29, 0,45, 1,61, кПа

Расчет:

Номер пом. Длина петли Расход в петле Потери давл. в петле Потери давл. в вентиле Сумма Разница* Устан. Числа вентилей**
  м л/с кПа кПа кПа    
1 70 0,06 5,25 3,0 8,25 3,0 5,0
2 53 0,045 2,39 1,75 4,14 5,86 3,0
3 42 0,036 1,30 1,1 4,40 6,95 2,7
4 35 0,03 0,77 <1,0 <1,77 7,48 2,5
5 53 0,045 2,39 1,75 4,14 5,86 3,0
6 26 0,021 0,29 <1,0 <1,29 7,96 2,2
7 30 0,024 0,45 <1,0 <1,45 7,80 2,3
8 46 0,039 1,61 1,3 2,91 6,64 2,8

Таблица 4. Установочные числа вентилей

*) Возьмите наивысшее значение в колонке «Сумма». Это 8,25 кПа. Вычтите колонку «Потери давления в петле» из 8,25 кПа.

**) Установочное число вентиля найдите по графику 8. Для помещения 1 вентиль полностью открыт, т.е. на 5 оборотов. Для других помещений установочные числа вентилей получаем, используя значения в колонках «Расход в петле» и «Разница». Например, для помещения 5 расход воды составляет 0,045 л/с и разница давления 5,86 кПа, что дает 3,0 оборота от закрытого положения вентиля.

В самой длинной петле (помещение 1) расход воды составляет 0,06 л/с. Потери давления в коллекторе можно определить по графику 8. Они составляют 3,0 кПа, включая потери давления в подающих и обратных коллекторах при полностью открытом вентиле. Суммарные потери давления в самой длинной петле и вентилях коллектора будут составят» 5.25 + 3,0=8,25 кПа.

Расширительный сосуд

В системах напольного отопления требования к расширительным сосудам не отличаются от требований в других системах.

Объем воды в системе напольного отопления может быть рассчитан следующим образом:

V – объем воды в трубах напольного отопления, л

Vтрб – приблизительно 0,2 л/м в трубе «Uponor» 20х2,0 мм

L – общая длина труб, м.

Приложение

Радиус изгиба и усилия возникающие в трубе РЕХ-а

Диаметр Frmax (N) Fkmax (N) Fk (N) R (мм) Ri (мм) Rg (мм)
16х2,2 - - - 80 65 36
20х2,0 - - - 100 100 45
20х2,8 - - - 100 100 45
25х3,5 500 800 300 125 120 51
32х4,4 800 1300 500 160 150 80

Frmax – максимальная сила, действующая при расширении – сила, возникающая в случае, когда прикрепленный трубопровод подогрет до максимальной рабочей температуры 95°C.

Fkmax – максимальная сила, действующая при усадке – сила, возникающая при линейной термической усадке в прикрепленном трубопроводе при нагревании до максимальной рабочей температуры.

Fk – сила при усадке материала – оставшаяся сила, действующая в трубе при температуре, имеющей место про прокладке трубопровода, в результате линейной усадке, когда прикрепленная труба, в течение определенного времени поддавалась воздействию максимального рабочего давления и максимальной температуры.

R – радиус холодного изгиба трубы без ведущей дуги.

Rі – радиус холодного изгиба трубы с ведущей дугой.

Rg – радиус горячего изгиба трубы.

Номограмма линейного расширения труб РЕХ-а

Пример:

Стояк для водопровода горячей воды был смонтирован в помещении, с температурой воздуха 20°С.

Каким будет удлинение стояка в результате линейного расширения материала, если температура воды в системе составляет 70°С?

По номограмме можно определить, что при температуре 20°С удлинение материала составляет 2,5 мм/м, а при 70°С 12,5 мм/м. Соответственно, удлинение стояка с горячей водой составляет:

12,5 мм/м -2,5 мм/м = 10мм/м для ΔТ=50°С

График 9. Номограмма потери давления в трубах "Uponor" диаметром от 12 до 50 мм
График 10. Номограмма потери давления в трубах "Uponor" диаметром от 63 до 630 мм

 

Подписка на рассылку