Теплоотдача поверхности «тёплого пола» и его гидравлика

Теплоотдача, или тепловой поток в Ваттах с квадратного метра поверхности ТП зависит от нескольких параметров работы петли ТП и конструкции петли ТП, а также от конструкции «пирога» ТП. Замечу, что от увеличения диаметра труб ТП теплоотдача увеличивается незначительно. В основном теплоотдача ТП увеличивается от уменьшения шага раскладки трубы и от уменьшения величины остывания теплоносителя в петле (контуре) ТП.

Тепловой поток от ТП всегда идет не только вверх, но и вниз. ТП бывают трёх видов по расположению. На грунте, между этажами и над улицей (над проездом). Также одна зона ТП (петля ТП) может выполняться с переменным шагом укладки трубы внутри одной зоны (петли) ТП. Уменьшенный шаг укладки на границе одной зоны петли ТП называется граничной зоной.

На рисунке ниже, основная зона выполнена с шагом укладки 150мм, а граничная зона с шагом 100 мм (зона, пролегающая у наружных стен). Использование граничной зоны позволит увеличить теплоотдачу ТП с квадратного метра, как раз у наружных стен за счет увеличения температуры поверхности граничной зоны ТП (+27,7 градусов). Эта граничная зона не является зоной постоянного пребывания людей.

По нормам СНИПа и СанПина, температура поверхности ТП в зонах постоянного пребывания людей не должна превышать +26 градусов. Или +30 градусов в зонах непостоянного пребывания людей, например, санузлы, прихожие, граничные зоны петель ТП, располагающиеся вдоль наружных теплоограждений (наружных стен). Это накладывает ограничения на тепловую мощность, которую можно снять с квадратного метра ТП.

Рассмотрим реальный пример расчета ТП с конструкцией общего «пирога» -

 Конструкция «пирога» ТП.

 Общий пирог конструкции ТП на грунте сверху вниз состоит из: керамогранитной плитки 10 мм, плиточного клея 5 мм, стяжки с трубами ТП и армирующей сеткой общей толщиной 70 мм, теплоизолирующей подложки из ЭППС толщиной 90 мм, бетонного монолитного основания толщиной 150мм, отсыпки песком толщиной 0,5 метра и далее грунта.

1. Температура подачи теплоносителя в петлю (контур) тёплого пола (далее ТП).

 На рисунке расчета обозначена «Температура подачи Тп=37 гр.»

Эта температура устанавливается термостатическим трехходовым смесителем, устанавливаемом в насосно-смесительном узле ТП. Теплоноситель с установленной температурой поступает в подающий коллектор узла ТП, т.е. на вход всех петель (контуров) ТП.
Чем выше эта температура, тем больше теплоотдача петли ТП, но нужно помнить, чтобы не выйти из требований СНИПа к температуре поверхности ТП в +26 и +30 градусов. Также различные источники по бетоноведению предостерегают от подачи в стяжку ТП теплоносителя с температурой свыше +50 градусов. Т.е. по мнению этих источников, при большей температуре подачи теплоносителя стяжка ТП может разрушаться.
Также зоны разных петель ТП могут иметь очень разное по теплопроводности покрытие, например, керамогранитную плитку и ламинат. Независимо от этого, наша задача уложиться в температуру поверхности ТП по СНИПу.

2. Величина остывания (охлаждения) теплоносителя в петле ТП.

  Это величина, на сколько градусов остывает теплоноситель, пройдя по одной отдельной взятой петле ТП. Т.е. от подающего до обратного коллектора ТП.
На рисунке обозначена «Охлаждение воды dT=7 гр». При уменьшении остывания воды в петле, теплоотдача петли ТП возрастает. Но для того, чтобы уменьшить остывание воды в петле, нужно прокачивать больший объем воды в единицу времени. При этом скорость воды в трубах возрастает, повышаются потери на трение и изгибы и в геометрической прогрессии возрастает и гидросопротивление петли.

3. Температура воздуха над поверхностью ТП.

На картинке обозначена «Темп.над перекр tвнв=22,0 градуса”, а также в кружочке с цифрой 22,0 градусов Цельсия. Это желаемая заказчиком температура воздуха в комнате.
Чем выше разница температуры воздуха над поверхностью ТП и температурой самой поверхности ТП, тем выше отдаваемая тепловая мощность с квадратного метра.

4.Температура поверхности ТП.
На рисунке обозначена «tпола=26,4 градуса”

5.Тепловой поток ТП, направленный вверх.
На рисунке обозначено «qв=45,3 Ватт с квадратного метра ТП”

6. Температура под «пирогом» конструкции пола и стяжки ТП.
На рисунке обозначена «Темп.под перекр tвнн=3,0 градуса”. В данном случае это температура грунта зимой под домом, усредненно по зонам прогрева грунта под домом. Этот параметр с определенной долей допустимой погрешности можно взять из климатических справочников.

7. Тепловой поток ТП, направленный вниз.
На рисунке обозначено «qн=2,0 Ватт с квадратного метра ТП”. Это то количество тепла, которое мы будет безвозвратно терять на обогрев недр Земли.

8. Диаметр трубы петли ТП номинальный (наружный).
На рисунке обозначено «Ном.диаметр труб dn=14мм»

9. Шаг укладки основной и краевой зон петли ТП.
В показанном примере-расчете основная зона рассчитывалась с шагом укладки трубы 200 мм, а граничная зона с шагом 100 мм.

10. Площадь поверхности зоны петли ТП и длина трубы, уложенной в одну зону петли ТП
На рисунке также можно увидеть эти значения, обозначенные как «Поверхность прибора F» и «Длина трубопровода L».

11. Длина транзитных линий присоединения одной зоны петли ТП.
На рисунке обозначена как «Длина присоединения Ln=10 метров»

12. Гидравлическое сопротивление зоны петли ТП и необходимый расход теплоносителя через зону ТП.
На рисунке обозначается высчитанное программой гидравлическое сопротивление петли ТП при заданных выше параметрах. «Сопротивление гидр. dP», которое в данном случае составляет 9746 Паскаль

Гидросопротивление - это главный параметр петли ТП, который нам нужен, чтобы возможно было рассчитать, будет ли работоспособен наш насосно-смесительный узел ТП (далее НСУ), при использовании в НСУ ТП насоса имеющейся мощности.

Также мы должны еще на стадии расчета определить, сможем ли мы гидросбалансировать отдельные петли ТП относительно друг друга. Если разные петли у нас будут иметь сопротивление в пределах, например, 5-15 кПа, то сбалансировать расход теплоносителя будет возможно. Если же разброс будет в пределах, например, 1-20 кПа, то нужно будет внимательно подсчитать, хватит ли у коллекторных балансировочных клапанах пределов гидравлической регулировки, чтобы сбалансировать петли между собой.

При слишком высоком гидросопротивлении петли ТП, наш насос просто не сможет прокачать необходимое количество воды в единицу времени, через петлю. А следовательно эта петля будет иметь более значительное остывание воды чем в расчёте, будет недодавать расчетного количества тепла. Также на поверхности может проявляться тепловая «зебра».

13. Массовый расход воды в петле ТП.

 На рисунке обозначен «Расход воды G в кг/сек». И в данном расчете составляет0,0223 кг/сек. С помощью этого параметра при наличии на коллекторе ТП расходомеров (ротаметров), можно легко сбалансировать петли между собой. На колбах расходомеров нанесена шкала в литрах/минуту с ценой деления 0,5 литра/мин. С допустимой погрешностью для настройки ТП, можно принять 1 килограмм воды за 1 литр. Тогда расход воды 0,0223 кг/сек, будет примерно равен 0,0223*60 секунд=1,338 литра/минута.
 

Также можно выполнить печать сводного расчета ТП для каждой петли ТП и каждого помещения. Это позволит предварительно оценить какую дОлю необходимой тепловой мощности мы можем получить в помещениях от ТП.

 Для выполнения расчетов использовалась программа Auditor CO 3.8

Автор Инчин Владимир Владимирович

Перепечатка не возбраняется,
при указании авторства и ссылки на этот сайт.