6.5. РАСЧЕТ ТЕПЛОГО ПОЛА
Принцип расчета теплого пола рассмотрим на конкретном примере.
ПРИМЕР
Исходные данные:
Требуемая температура внутреннего воздуха в помещении.
Для жилых помещений эта величина обычно составляет 20°С.
Площадь помещения. Определяется по архитектурно-строительным чертежам или по результатам обмеров. Для нашего примера примем помещение размерами 5м х 4м ,площадью S = 20м2. Учитывая, что вдоль внутренних стен ,где будет располагаться мебель, нужно оставить краевые участки шириной 300мм, активная площадь пола составит 20-(5+4+4)х0,3=16,1м2.
Конструкция пола. Для рассматриваемого примера ( см. п. 5.3.) в расчет принимается толщина цементно-песчаной стяжки 70мм и покрытие пола из керамической плитки толщиной 15мм.
Теплопотери помещения. Определяются на основании теплотехнического расчета и учитывают:
-
потери тепла через ограждающие конструкции ( стены, полы, потолки, оконные и дверные проемы);
-
затраты тепла на нагрев воздуха , поступающего в помещения через неплотности ограждающих конструкций ( инфильтрация);
-
затраты тепла на нагрев воздуха, поступающего в результате работы вентиляции;
-
поступления тепла за счет нагрева солнечными лучами (инсоляция);
-
поступления тепла от работающего оборудования, электроосвещения, оргтехники, бытовых приборов и прочих источников тепла;
-
тепловыделения от находящихся в помещении людей и животных.
Использование различных укрупненных показателей, как правило, дает весьма значительную погрешность, так как разброс теплопотерь даже для жилых помещений может составлять от 40 Вт/м2 ( для зданий с эффективными ограждающими конструкциями и стеклопакетами ) до 250-300Вт/м2 (для коттеджей с кирпичными неутепленными стенами и большим количеством проемов).В нашем примере теплопотери помещения составляют Q=1288Вт. То есть удельные теплопотери помещения составляют q =1288/16,1=80Вт/м2
Предварительно принятые решения:
Определение диаметра трубы и шага между осями труб.
Зная удельные теплопотери, зададимся диаметром трубы и шагом между осями труб, используя график.
График зависимости удельного теплового потока от средней температуры воды
График показывает, что для достижения требуемого теплового потока 80 Вт/м2 можно использовать несколько вариантов , сведенных в таблицу
|
Шаг, см
|
Диаметр,мм
|
Средняя температура теплоносителя
°С
|
Количество трубы на 1 м2, м.п.
|
Количество трубы на 20м2, м.п.
|
|
10
|
20
|
31,5
|
10
|
200
|
|
16
|
32,5
|
|
15
|
20
|
33,5
|
6,7
|
134
|
|
16
|
35
|
|
20
|
20
|
36,5
|
5
|
100
|
|
16
|
37,5
|
|
25
|
20
|
38,5
|
4
|
80
|
|
16
|
40
|
|
30
|
20
|
41,5
|
3,4
|
68
|
|
16
|
43
|
Для выбора наиболее оптимального варианта необходимо произвести дополнительные расчеты.
Расчетные данные:
Определение средней температуры поверхности пола.
Среднюю температуру поверхности пола при известном тепловом потоке и температуре воздуха в помещении определяем по графику:
График зависимости средней температуры поверхности пола
от теплового потока и внутренней температуры воздуха:
Для нашего примера средняя температура поверхности пола составит 26,9°С. Средняя температура пола не превышает допустимых значений , представленных в таблице:
|
Предназначение помещения или его части
|
Максимальная температура поверхности пола, °С.
|
|
Жилая зона
|
29
|
|
Зона повышенного обогрева ( 50 см от наружных стен)
|
35
|
|
Влажные помещения ( ванны, санузлы, бассейны)
|
33
|
|
При покрытии пола из паркета
|
27
|
Температура по поверхности пола распределяется неравномерно - над трубой она максимальная , а между труб - минимальная. Примем полученную среднюю температуру 26,9°С за максимальную (Т пол) и рассчитаем, какую среднюю температуру должен иметь теплоноситель (Т ср).
Определение средней температуры теплоносителя.
На этом этапе расчета можно пренебречь теплопотерями в стенках трубы и на ее внутренней поверхности (тепловосприятие).
Расчет ведем по формуле:
Тср =Тпол + q δпл /λпл + q δст /λпл = 26,9 + 80х0,015/1,5 + 80х0,07/0,93 = 33,42°С;
где : q - удельный тепловой поток ( 80 Вт/м2);
δпл - толщина плитки ( 0,015м);
λпл - коэффициент теплопроводности плитки (1,5 Вт/м °К);
δст - толщина стяжки (0,07м);
λст - коэффициент теплопроводности стяжки (0,93 Вт/м °К).
Окончательный выбор шага труб.
Возвращаясь к графику, становится ясно, что из условия непревышения максимально допустимой температуры поверхности пола надо принимать шаг труб 100мм ( трубы Valpex благодаря своей гибкости и способностью сохранять приданную форму идеально подходят для такого шага).
Определение количества контуров.
Так как расход трубы для шага 100 мм составит порядка 200 м , принимаем решение разбить помещение на две петли, чтобы не превысить экономически целесообразные предельные длины петель, указанные в таблице:
|
Наружный диаметр трубы Valpex, мм
|
Максимальная длина петли, м
|
|
16
|
100
|
|
20
|
120
|
Определение тепловой нагрузки на одну петлю
Тепловая нагрузка на каждую петлю составит Q1 = Q /2=1688/2=844 Вт.
Определение перепада температур Δt.
Оптимальный перепад температур для теплых полов составляет Δt = 5°С. При этом перепаде прогрев пола идет наиболее равномерно. Допускается перепад до 10°С, но в этом случае босая ступня человека может ощущать неравномерность нагрева пола. В нашем примере задаемся Δt = 5°С
Определение температуры теплоносителя в прямом и обратном трубопроводе.
Температура теплоносителя в прямом трубопроводе: Т1 = Тср + Δt /2= 33,42+5/2=35,9°С. Температура в обратном трубопроводе: Т2 = Тср - Δt/2= 33,42-5/2=30,9°С.
Определение расхода теплоносителя в петле.
Расход теплоносителя в петле ( G ) рассчитывается для подбора окончательного диаметра труб и вычисления гидравлических потерь. G = Q1 / (4187 х Δt )= 844/ (4187 х 5) =0,04 кг/с.
Определение скорости движения теплоносителя.
Максимальная скорость движения теплоносителя в трубах теплого пола должна лежать в пределах от 0,15 до 1 м/с.Определим скорости воды в трубах диаметрами 16мм и 20мм (внутренние диаметры Dвн -12мм и 16мм):
V16 = 1,274 х G / ( Dвн 2 x ρ ) = 1,274 х 0,04/ (0,012 2 х 1000) = 0,354 м/с;
V20 = 1,274 х 0,04/(0,016 2 х 1000)= 0,199 м/с.
Обе трубы удовлетворяют допустимым интервалам скоростей. Принимаем трубу с наружным диаметром 16, как менее дорогую. На практике, порой выгоднее принимать большее значение диаметра, чтобы снизить гидравлические потери в системе.
Определение длин петель.
Длину петель определяем на основании чертежа раскладки труб. Сравнение вариантов раскладки и значения суммы коэффициентов местных сопротивлений для рассматриваемого примера приведены в п. 5.3.
Определение потерь давления в петлях.
Потери давления в петлях теплого пола определяются для подбора насосного оборудования и расчета предварительной настройки регулировочных вентилей коллектора. Общие потери в петле складываются из линейных (от трения) потерь и потерь давления на преодоление местных сопротивлений ( изменение направления, диаметра, характеристик потока). Линейные потери в петлях находим на основании полученного значения скорости теплоносителя (0,354 м/с) и выбранного диаметра трубы (16мм) по гидравлическим таблицам ( приложение 15 ). Перемножив полученные удельные потери ( 167 Па/м) на длину трубы получим линейные потери давления 167х96 =16032 Па. Сумму коэффициентов местных сопротивлений Z определяем как произведение количества отводов ( 'калач' считается за два отвода) на 0,5 (КМС отвода). Для нашего примера ('улитка') Z =52х0,5 = 26. (Потери в присоединительных фитингах условно не учитываются).
Потери на местные сопротивления определяются по формуле:
ΔP = ρ x Z x V 16 2 /2 = 1000 х 26 х 0,354 2 /2=1629 Па.
Суммируя линейные и местные потери получаем полное гидравлическое сопротивление петли: 16032+1629=17661 Па.
ПОТЕРИ ДАВЛЕНИЯ В ОДНОЙ ПЕТЛЕ НЕ ДОЛЖНЫ ПРЕВЫШАТЬ
20 000Па!
При соблюдении данного ограничения не возникнет опасность появления ' запертой' петли, когда увеличение мощности насоса пропорционально увеличивает гидравлические потери, что вновь вызывает необходимость повышения мощности насоса и так далее:
После определения потерь давления по каждой из петель, можно приступать к выбору насоса и составлению таблицы предварительной настройки коллекторных вентилей.
Для прочих вариантов конструкций пола можно использовать нижеприведенные графики.
Графики теплового потока для различных вариантов покрытий:
График зависимости удельного теплового потока от средней температуры воды
в трубах ValPex (при толщине стяжки 30мм, Т.воздуха в помещении 20°С,
покрытии пола из керамической плитки)
График зависимости удельного теплового потока от средней температуры воды
в трубах ValPex (при толщине стяжки 50мм, Т.воздуха в помещении 20°С,
покрытии пола из керамической плитки)
График зависимости удельного теплового потока от средней температуры воды
в трубах ValPex (при толщине стяжки 30мм, Т.воздуха в помещении 20°С,
покрытии пола из ленолиума)
График зависимости удельного теплового потока от средней температуры воды
в трубах ValPex (при толщине стяжки 70мм, Т.воздуха в помещении 20°С,
покрытии пола из ленолиума)
График зависимости удельного теплового потока от средней температуры воды
в трубах ValPex (при толщине стяжки 50мм, Т.воздуха в помещении 20°С,
покрытии пола из ленолиума)
Товары 
