Cum să calculați pardoseala încălzită pe exemplul unui sistem cu apă

Eficiența podelei încălzite este influențată de mulți factori. Fără a lua în considerare acești factori, chiar dacă sistemul este instalat corect și sunt utilizate cele mai moderne materiale, eficiența termică reală nu va fi la înălțimea așteptărilor.

Din acest motiv, lucrărilor de montaj trebuie să le preceadă un calcul corect al podelei încălzite, și numai atunci se poate garanta un rezultat bun.

Elaborarea proiectului unui sistem de încălzire nu este ieftină, de aceea mulți meșteri de acasă efectuează calculele singuri. Recunoașteți, ideea de a reduce costurile pentru amenajarea unei podele încălzite pare foarte tentantă.

Vă vom îndruma cum să creați un proiect, ce criterii să luați în considerare la alegerea parametrilor sistemului de încălzire și vom descrie metoda pas cu pas de calcul. Pentru claritate, am pregătit un exemplu de calcul al podelei încălzite.

Datele inițiale pentru calcul

Un parcurs corect planificat de la bun început al lucrărilor de proiectare și montaj va elimina surprizele și problemele neplăcute pe viitor.

La calculul podelei încălzite este necesar să se plece de la următoarele date:

• materialul pereților și particularitățile construcției acestora;
• dimensiunile încăperii în plan;
• tipul stratului de finisare;
• construcția ușilor, ferestrelor și amplasarea acestora;
• amplasarea elementelor de construcție în plan.

Pentru o proiectare corectă este necesară luarea în considerare obligatorie a regimului de temperatură stabilit și a posibilității de reglare a acestuia.

Pentru un calcul aproximativ se consideră că 1 m² de sistem de încălzire trebuie să compenseze pierderile de căldură de 1 kW. Dacă circuitul de încălzire cu apă este utilizat ca supliment la sistemul principal, atunci acesta trebuie să acopere doar o parte din pierderile de căldură

Există recomandări privind temperatura la nivelul podelei, care asigură o ședere confortabilă în încăperi cu destinații diferite:

• 29°С — zonă de locuit;
• 33°С— baie, încăperi cu piscină și altele cu umiditate ridicată;
• 35°С — zonele reci (la ușile de intrare, pereții exteriori etc.).

Depășirea acestor valori duce la supraîncălzirea atât a sistemului în sine, cât și a stratului de finisare, cu deteriorarea inevitabilă ulterioară a materialului.

Efectuând calcule preliminare, se poate alege temperatura optimă a agentului termic în funcție de senzațiile personale, se poate determina sarcina circuitului de încălzire și se poate achiziționa echipament de pompare care face față impecabil stimulării circulației agentului termic. Acesta se alege cu o rezervă de 20% la debitul agentului termic.

Mult timp se pierde pentru încălzirea șapei cu o grosime mai mare de 7 cm. De aceea, la instalarea sistemelor pe apă, se încearcă să nu se depășească această limită. Cea mai potrivită acoperire pentru podelele încălzite cu apă este considerată ceramica pentru podea; sub parchet, din cauza conductivității sale termice extrem de scăzute, nu se instalează podele încălzite.

În faza de proiectare, trebuie decis dacă podeaua încălzită va fi principala sursă de căldură sau va fi utilizată doar ca supliment la ramura de încălzire cu radiatoare. De aceasta depinde ponderea pierderilor de energie termică pe care aceasta trebuie să le compenseze. Aceasta poate varia între 30% și 60%.

Timpul de încălzire a podelei cu apă depinde de grosimea elementelor incluse în șapă. Apa ca agent termic este foarte eficientă, dar sistemul în sine se caracterizează prin complexitate la montare.

Determinarea parametrilor podelei încălzite

Scopul calculului este obținerea valorii sarcinii termice. Rezultatul acestui calcul influențează pașii ulteriori întreprinși. La rândul său, sarcina termică este influențată de valoarea medie a temperaturii de iarnă în regiunea respectivă, temperatura estimată în interiorul camerelor, coeficientul de transfer termic al tavanului, pereților, ferestrelor și ușilor.

Cauza pierderii de căldură o constituie pereții, ferestrele și ușile casei prost izolate. Cel mai mare procent de căldură se pierde prin sistemul de ventilație și acoperiș (+)

Rezultatul final al calculelor înainte de instalarea podelei încălzite de tip apă va depinde și de prezența dispozitivelor suplimentare de încălzire, inclusiv de degajarea de căldură a persoanelor care locuiesc în casă și a animalelor de companie. În calcul se ține cont obligatoriu de prezența infiltrației.

Unul dintre parametrii importanți este configurația camerelor, de aceea va fi necesar planul etajului casei și secțiunile corespunzătoare.

Metodologia de calcul al pierderilor de căldură

Determinând acest parametru, veți afla câtă căldură trebuie să producă podeaua pentru confortul persoanelor aflate în cameră, veți putea alege centrala, pompa și podeaua în funcție de putere. Cu alte cuvinte: căldura degajată de circuitele de încălzire trebuie să compenseze pierderile de căldură ale clădirii.

Legătura dintre acești doi parametri este exprimată prin formula:

Mp = 1,2 х Q, unde

• Mp — puterea necesară a circuitelor;
• Q — pierderile de căldură.

Pentru determinarea celui de-al doilea indicator se efectuează măsurători și calcule ale suprafeței ferestrelor, ușilor, planșeelor, pereților exteriori. Deoarece podeaua va fi încălzită, suprafața acestui element de închidere nu se ia în considerare. Măsurătorile se fac pe partea exterioară, incluzând colțurile clădirii.

În calcul se vor lua în considerare atât grosimea, cât și coeficientul de conductivitate termică al fiecărei construcții. Valorile normative ale coeficientului de conductivitate termică (λ) pentru materialele cel mai frecvent utilizate pot fi luate din tabel.

Din tabel se poate lua valoarea coeficientului pentru calcul. Este important să aflați de la firma furnizoare valoarea rezistenței termice a materialului în cazul în care se instalează ferestre din metaloplastic (+).

Calculul pierderilor de căldură se efectuează separat pentru fiecare element al clădirii, utilizând formula:

Q = 1/R*(t_i-t_e)*S х (1+∑b), unde

• R – rezistența termică a materialului din care este fabricat elementul de închidere;
• S – suprafața elementului constructiv;
• t_i și t_e — temperatura interioară și exterioară, respectiv, cel de-al doilea indicator fiind luat la cea mai scăzută valoare;
• b — pierderi suplimentare de căldură, legate de orientarea clădirii față de punctele cardinale.

Indicatorul de rezistență termică (R) se află împărțind grosimea construcției la coeficientul de conductivitate termică al materialului din care este fabricată.

Valoarea coeficientului b depinde de orientarea casei:

• 0,1 – nord, nord-vest sau nord-est;
• 0,05 – vest, sud-est;
• 0 – sud, sud-vest.

Dacă examinăm problema pe orice exemplu de calcul al podelei încălzite cu apă, aceasta devine mai clară.

Exemplu concret de calcul

Să presupunem că pereții casei pentru locuire nepermanentă, cu grosimea de 20 cm, sunt executați din blocuri de beton celular. Suprafața totală a pereților de închidere, cu excluderea golurilor de ferestre și uși, este de 60 m². Temperatura exterioară este de -25°C, interioară +20°C, construcția este orientată spre sud-est.

Având în vedere că coeficientul de conductivitate termică al blocurilor λ = 0,3 W/(m°C), se pot calcula pierderile de căldură prin pereți: R=0,2/0,3= 0,67 m²°C/W.

Se observă pierderi de căldură și prin stratul de tencuială. Dacă grosimea acestuia este de 20 mm, atunci Rtenc. = 0,02/0,3 = 0,07 m²°C/W. Suma acestor doi indicatori va da valoarea pierderilor de căldură prin pereți: 0,67+0,07 = 0,74 m²°C/W.

Având toate datele inițiale, se înlocuiesc în formulă și se obțin pierderile de căldură ale camerei cu astfel de pereți: Q = 1/0,74*(20 — (-25)) *60*(1+0,05) = 3831,08 W.

În același mod se calculează pierderile de căldură prin celelalte elemente de închidere: ferestre, uși, acoperiș.

Căldura degajată de circuitele de încălzire poate fi insuficientă pentru a încălzi aerul din interiorul casei până la valoarea dorită, dacă puterea lor este subestimată. La o putere excesivă va avea loc un consum excesiv de agent termic.

Pentru determinarea pierderilor de căldură prin tavan, se consideră rezistența sa termică egală cu valoarea pentru tipul de izolație planificat sau existent: R = 0,18/0,041 = 4,39 m²°C / W.

Suprafața tavanului este identică cu cea a podelei și este egală cu 70 m². Înlocuind aceste valori în formulă, se obțin pierderile de căldură prin elementul de închidere superior: Q tavan = 1/4,39*(20 — (-25))* 70* (1+0,05) = 753,42 W.

Pentru a determina pierderile de căldură prin suprafața ferestrelor, trebuie calculată aria lor. Având 4 ferestre cu lățimea de 1,5 m și înălțimea de 1,4 m, aria lor totală va fi: 4*1,5*1,4 = 8,4 m².

Dacă producătorul indică separat rezistența termică pentru geam termoizolant și profil — 0,5 și 0,56 m²°C/W respectiv, atunci Rferestre = 0,5*90+0,56*10)/100 = 0,56 m²°C/W. Aici 90 și 10 sunt ponderea aferentă fiecărui element al ferestrei.

Pe baza datelor obținute, se continuă calculele ulterioare: Qferestre = 1/0,56*(20 — (-25))*8,4*(1+0,05) = 708,75 W.

Ușa exterioară are o suprafață de 0,95*2,04 = 1,938 m². Atunci R ușă = 0,06/0,14 = 0,43 m²°C/W. Q ușă = 1/0,43*(20 — (-25))* 1,938*(1+0,05) = 212,95 W.

Deoarece ușile exterioare se deschid frecvent, prin ele se pierde o cantitate mare de căldură. De aceea este important să se asigure închiderea lor etanșă.

În final, pierderile de căldură vor fi: Q = 3831,08 +753,42 + 708,75 + 212,95 + 7406,25 = W.

La acest rezultat se adaugă încă 10% pentru infiltrarea aerului, atunci Q = 7406,25+740,6 = 8146,85 W.

Acum se poate determina și puterea termică a pardoselii: Mp = 1,*8146,85 = 9776,22 W sau 9,8 kW.

Căldura necesară pentru încălzirea aerului

Dacă casa este echipată cu un sistem de ventilație, atunci o parte din căldura degajată de sursă trebuie consumată pentru încălzirea aerului care pătrunde din exterior.

Pentru calcul se aplică formula:

Qv. = c*m*(tv—tn), unde

• c = 0,28 kg°C și denotă capacitatea termică a masei de aer;
• m simbolul denotă debitul masic al aerului exterior în kg.

Ultimul parametru se obține prin înmulțirea volumului total de aer, egal cu volumul tuturor încăperilor, presupunând că aerul este reînnoit în fiecare oră, cu densitatea, care variază în funcție de temperatură.

Graficul prezintă dependența densității aerului de temperatura acestuia. Datele sunt necesare pentru calcularea cantității de căldură necesară pentru încălzirea masei de aer care intră în casă ca urmare a ventilației forțate (+)

Dacă în clădire intră 400 m³/h, atunci m=400*1,422 = 568,8 kg/h. Qv = 0,28*568,8*45 = 7166,88 W.

În acest caz, puterea termică necesară a podelei va crește semnificativ.

Calculul cantității necesare de țevi

Pentru amenajarea podelei cu încălzire cu apă se aleg diferite metode de așezare a țevilor, care se deosebesc prin formă: șarpe de trei tipuri – propriu-zis șarpe, unghiular, dublu și melc. Într-un singur circuit montat poate apărea o combinație de forme diferite. Uneori, pentru zona centrală a podelei se alege „melcul”, iar pentru margini – unul dintre tipurile de „șarpe”.

„Melcul” – o alegere rațională pentru încăperi voluminoase cu geometrie simplă. În încăperi foarte alungite sau cu forme complexe, este mai bine să se aplice „șarpele” (+)

Distanța dintre țevi se numește pas. Alegând acest parametru, trebuie să îndepliniți două cerințe: talpa piciorului nu trebuie să simtă diferența de temperatură pe zonele individuale ale podelei, iar țevile trebuie utilizate cât mai eficient posibil.

Pentru zonele de margine ale podelei se recomandă aplicarea unui pas de 100 mm. În celelalte zone, se poate alege un pas între 150 și 300 mm.

Izolația termică a podelei are o importanță majoră. La parter, grosimea acesteia trebuie să fie de cel puțin 100 mm. În acest scop se utilizează vată minerală sau polistiren expandat extrudat.

Pentru calcularea lungimii țevii există o formulă simplă:

L = S/N*1.1, unde

• S – suprafața conturului;
• N – pasul de așezare;
• 1,1 – rezerva pentru coturi 10%.

La valoarea finală se adaugă segmentul de țeavă amplasat de la colector până la distribuția circuitului termic, atât pe retur, cât și pe alimentare.

Exemplu de calcul.

Valori inițiale:

• suprafața – 10 m²;
• distanța până la colector – 6 m;
• pasul de așezare – 0,15 m.

Rezolvarea problemei este simplă: 10/0,15*1,1+(6*2) = 85,3 m.

Folosind țevi metaloplastice cu lungimea de până la 100 m, cel mai des se alege diametrul de 16 sau 20 mm. La o lungime a țevii de 120-125 m, secțiunea acesteia trebuie să fie de 20 mm².

Construcția cu un singur circuit este potrivită doar pentru încăperi cu suprafață mică. Podeaua din camerele mari se împarte în mai multe circuite în raport de 1:2 – lungimea construcției trebuie să depășească lățimea de 2 ori.

Valoarea calculată anterior reprezintă lungimea totală a țevii pentru pardoseală. Cu toate acestea, pentru o imagine completă, este necesar să se determine lungimea unui circuit individual.

Acest parametru este influențat de rezistența hidraulică a circuitului, determinată de diametrul țevilor selectate și de volumul de apă furnizat pe unitatea de timp. Dacă acești factori sunt neglijați, pierderile de presiune vor fi atât de mari încât nicio pompă nu va face fluidul termic să circule.

Determinarea consumului de țeavă în funcție de pasul de instalare ales

Circuitele de aceeași lungime reprezintă un caz ideal, dar întâlnit rar în practică, deoarece suprafețele încăperilor cu destinații diferite diferă foarte mult și a aduce lungimea circuitelor la o singură valoare este pur și simplu inoportun. Profesioniștii acceptă o diferență de lungime a țevilor de la 30 la 40%.

Numărul admisibil de bucle conectate la acesta este determinat de diametrul colectorului și de capacitatea de debit a unității de amestec. În fișa tehnică a unității de amestec se găsește întotdeauna valoarea sarcinii termice pentru care este proiectată.

Să presupunem că coeficientul de debit (Kvs) este de 2,23 m³/h. Cu un astfel de coeficient, anumite modele de pompe suportă o sarcină de la 10 la 15 W.

Pentru a determina numărul de circuite, trebuie calculată sarcina termică a fiecăruia. Dacă suprafața ocupată de podeaua încălzită este de 10 m², iar transferul de căldură pe 1 m², atunci indicatorul Kvs este de 80 W, adică 10*80 = 800 W. Astfel, unitatea de amestec va putea asigura 15 000/800 = 18,8 încăperi sau circuite cu suprafața de 10 m².

Acești indicatori sunt maximi și pot fi aplicați doar teoretic, iar în realitate cifra trebuie redusă cu cel puțin 2, deci 18 – 2 = 16 circuite.

Atunci când alegeți unitatea de amestec (colectorul), trebuie să verificați dacă aceasta are un astfel de număr de ieșiri.

Verificarea corectitudinii alegerii diametrului țevilor

Pentru a verifica dacă secțiunea țevilor a fost aleasă corect, se poate utiliza formula:

υ = 4*Q*10ᶾ/n*d²

Atunci când viteza corespunde valorii găsite, secțiunea țevilor este aleasă corect. Documentele normative permit o viteză maximă de 3 m/s la un diametru de până la 0,25 m, dar valoarea optimă este de 0,8 m/s, deoarece pe măsură ce aceasta crește, efectul de zgomot în conductă se amplifică.

Informații suplimentare privind calculul țevilor pentru pardoseala încălzită sunt prezentate în acest articol.

Calculăm pompa de circulație

Pentru ca sistemul să fie economic, este necesar să selectați o pompă de circulație care să asigure presiunea necesară și debitul optim de apă în circuite. În fișele tehnice ale pompelor se indică de obicei presiunea în circuitul cu cea mai mare lungime și debitul total al fluidului termic în toate buclele.

Presiunea este influențată de pierderile hidraulice:

∆ h = L*Q²/k1, unde

• L — lungimea circuitului;
• Q — debitul de apă l/s;
• k1 — coeficientul care caracterizează pierderile din sistem; valoarea poate fi luată din tabelele de referință hidraulică sau din fișa tehnică a echipamentului.

Cunoscând valoarea presiunii, se calculează debitul în sistem:

Q = k*√H, unde

k — coeficientul de debit. Profesioniștii adoptă un debit de 0,3-0,4 l/s pentru fiecare 10 m² de casă.

Printre componentele pardoselii încălzite cu apă, un rol special revine pompei de circulație. Doar un agregat a cărui putere depășește cu 20% debitul real al agentului termic va putea depăși rezistența din conducte.

Cifrele privind valoarea presiunii și debitului menționate în fișa tehnică nu trebuie luate literalmente — acestea sunt maxime, iar în realitate sunt influențate de lungimea și geometria rețelei. La o presiune prea mare, se reduce lungimea circuitului sau se mărește diametrul țevilor.

Recomandări pentru alegerea grosimii șapei

În manuale se pot găsi informații că grosimea minimă a șapei este de 30 mm. Atunci când încăperea este destul de înaltă, sub șapă se așează un izolator termic, care crește eficiența utilizării căldurii degajate de circuitul de încălzire.

Cel mai popular material pentru substrat este polistirenul expandat extrudat. Rezistența sa la transferul de căldură este semnificativ mai mică decât cea a betonului.

La realizarea șapei, pentru a echilibra dilatațiile liniare ale betonului, perimetrul încăperii se prevăd cu bandă de dilatare. Este important să alegeți corect grosimea acesteia. Specialiștii recomandă ca, pentru o suprafață a încăperii care nu depășește 100 m², să se realizeze un strat de compensare de 5 mm.

Dacă valorile suprafeței sunt mai mari din cauza lungimii care depășește 10 m, grosimea se calculează după formula:

b = 0,55*L, unde

L – lungimea camerei în m.

Concluzii și material video util pe această temă

Despre calculul și montajul pardoselii încălzite hidraulice, acest material video:

În video sunt oferite recomandări practice privind montajul pardoselii. Informațiile vă vor ajuta să evitați greșelile pe care de obicei le fac amatorii:

Calculul face posibilă proiectarea sistemului de „pardoseală încălzită” cu parametri optimi de funcționare. Este permis să montați încălzirea utilizând datele din fișa tehnică și recomandările.

Acesta va funcționa, dar profesioniștii sfătuiesc totuși să investiți timp în calcul, pentru ca în final sistemul să consume mai puțină energie.

Aveți experiență în efectuarea calculului pardoselii încălzite și în pregătirea proiectului circuitului de încălzire? Sau aveți întrebări pe această temă? Vă rugăm, împărtășiți-vă opinia și lăsați comentarii.