Ako urobiť výpočet teplej podlahy na príklade vodného systému

Na účinnosť podlahového kúrenia vplýva veľa faktorov. Bez ich zohľadnenia, aj keď je systém správne namontovaný a na jeho zariadenie sú použité najmodernejšie materiály, skutočná tepelná účinnosť nesplní očakávania.

Z tohto dôvodu musí montážnym prácam nevyhnutne predchádzať kvalitný výpočet podlahového kúrenia, a až potom možno zaručiť dobrý výsledok.

Vypracovanie projektu vykurovacieho systému nie je lacné, preto mnohí domáci majstri vykonávajú výpočty sami. Súhlasíte, myšlienka zníženia nákladov na vybavenie podlahového kúrenia vyzerá veľmi lákavo.

Poradíme vám, ako vytvoriť projekt, aké kritériá zohľadniť pri výbere parametrov vykurovacieho systému a podrobne popíšeme postupnú metodiku výpočtu. Pre názornosť sme pripravili príklad výpočtu podlahového kúrenia.

Východiskové údaje pre výpočet

Správne naplánovaný priebeh projektových a montážnych prác od začiatku vás ušetrí od prekvapení a nepríjemných problémov v budúcnosti.

Pri výpočte podlahového kúrenia je potrebné vychádzať z nasledujúcich údajov:

• materiálu stien a špecifík ich konštrukcie;
• rozmerov miestnosti v pôdoryse;
• druhu finálnej podlahovej krytiny;
• konštrukcie dverí, okien a ich umiestnenia;
• umiestnenia konštrukčných prvkov v pôdoryse.

Pre vykonanie kvalitného projektovania je potrebné povinné zohľadnenie nastaveného teplotného režimu a možnosti jeho regulácie.

Pre hrubý výpočet sa predpokladá, že 1 m² vykurovacieho systému by mal nahradiť tepelné straty 1 kW. Ak sa vodný vykurovací okruh používa ako doplnok k hlavnému systému, mal by pokrývať iba časť tepelných strát.

Existujú odporúčania týkajúce sa teploty podlahy, ktorá zabezpečuje pohodlný pobyt v miestnostiach rôzneho určenia:

• 29°С — obytná zóna;
• 33°С — kúpeľňa, miestnosti s bazénom a iné s vysokou vlhkosťou;
• 35°С — pásma chladu (pri vchodových dverách, vonkajších stenách a pod.).

Prekročenie týchto hodnôt spôsobuje prehriatie samotného systému aj finálnej podlahovej krytiny s následným nevyhnutným poškodením materiálu.

Po vykonaní predbežných výpočtov je možné zvoliť optimálnu teplotu nosiča tepla podľa osobných pocitov, určiť zaťaženie vykurovacieho okruhu a zakúpiť čerpadlové zariadenie, ktoré bezchybne zvláda stimuláciu pohybu nosiča tepla. Vyberá sa s rezervou v objeme prietoku nosiča tepla o 20 %.

Veľa času zaberie ohrev poteru s hrúbkou viac ako 7 cm. Preto sa pri inštalácii vodných systémov snažia neprekročiť uvedený limit. Najvhodnejšou krytinou pre vodné podlahové kúrenie je keramická dlažba, pod parkety sa z dôvodu jeho extrémne nízkej tepelnej vodivosti teplé podlahy neukladajú.

V štádiu projektovania by sa malo rozhodnúť, či bude podlahové kúrenie hlavným zdrojom tepla, alebo sa bude používať len ako doplnok k radiátorovému vykurovaciemu okruhu. Od toho závisí podiel strát tepelnej energie, ktoré má nahradiť. Môže dosiahnuť 30 % až 60 % s odchýlkami.

Čas ohrevu vodnej podlahy závisí od hrúbky prvkov v potere. Voda ako nosič tepla je veľmi účinná, ale samotný systém je náročný na montáž.

Určenie parametrov podlahového kúrenia

Cieľom výpočtu je získanie hodnoty tepelnej záťaže. Výsledok tohto výpočtu ovplyvňuje následné kroky. Na tepelnú záťaž zasa vplýva priemerná zimná teplota v konkrétnom regióne, predpokladaná teplota v miestnostiach, koeficient prestupu tepla stropu, stien, okien a dverí.

Príčinou strát tepla sú zle zateplené steny, okná, dvere domu. Najväčšie percento tepla uniká cez ventilačný systém a strechu (+).

Konečný výsledok výpočtov pred inštaláciou teplého podlahového kúrenia vodného typu bude závisieť aj od prítomnosti ďalších vykurovacích zariadení, vrátane tepelného výdaja osôb žijúcich v dome a domácich zvierat. Pri výpočte musíme zohľadniť infiltráciu.

Jedným z dôležitých parametrov je konfigurácia miestností. Preto bude potrebný pôdorys domu a príslušné rezy.

Metodika výpočtu tepelných strát

Po určení tohto parametra zistíte, koľko tepla by mala podlaha vyrábať pre pohodlný pocit osôb nachádzajúcich sa v miestnosti, budete môcť vybrať kotol, čerpadlo a podlahu podľa výkonu. Inými slovami: teplo odovzdávané vykurovacími okruhmi musí kompenzovať tepelné straty budovy.

Súvislosť medzi týmito dvomi parametrami vyjadruje vzorec:

Mp = 1,2 x Q, kde

• Mp — požadovaný výkon okruhov;
• Q — tepelné straty.

Pre stanovenie druhého ukazovateľa sa vykonávajú merania a výpočty plôch okien, dverí, stropov a vonkajších stien. Keďže podlaha bude vyhrievaná, plocha tejto obvodovej konštrukcie sa neberie do úvahy. Merania sa robia na vonkajšej strane vrátane rohov budovy.

V výpočte sa bude brať do úvahy hrúbka aj tepelná vodivosť každej z konštrukcií. Normatívne hodnoty súčiniteľa tepelnej vodivosti (λ) pre najčastejšie používané materiály je možné zobrať z tabuľky.

Z tabuľky môžete vziať hodnotu koeficientu pre výpočet. Je dôležité zistiť od dodávateľskej firmy hodnotu tepelného odporu materiálu v prípade, že sa inštalujú okná z kovoplastu (+).

Výpočet tepelných strát sa vykonáva osobitne pre každý prvok budovy pomocou vzorca:

Q = 1/R*(tv-tn)*S x (1+∑b), kde

• R – tepelný odpor materiálu, z ktorého je vyrobená obvodová konštrukcia;
• S – plocha konštrukčného prvku;
• tv a tn — teplota vnútorná a vonkajšia, pričom druhý ukazovateľ sa berie podľa najnižšej hodnoty;
• b — dodatočné straty tepla súvisiace s orientáciou budovy voči svetovým stranám.

Ukazovateľ tepelného odporu (R) sa získa vydelením hrúbky konštrukcie súčiniteľom tepelnej vodivosti materiálu, z ktorého je vyrobená.

Hodnota koeficientu b závisí od orientácie domu:

• 0,1 – sever, severozápad alebo severovýchod;
• 0,05 – západ, juhovýchod;
• 0 – juh, juhozápad.

Ak sa na otázku pozrieme na akomkoľvek príklade výpočtu vodného podlahového kúrenia, stane sa zrozumiteľnejšou.

Konkrétny príklad výpočtu

Predpokladajme, že steny domu na občasné bývanie, hrúbky 20 cm, sú vyrobené z pórobetónových tvárnic. Celková plocha obvodových stien po odpočítaní okenných a dverných otvorov je 60 m². Vonkajšia teplota -25°C, vnútorná +20°C, konštrukcia je orientovaná na juhovýchod.

Vzhľadom na to, že súčiniteľ tepelnej vodivosti blokov λ = 0,3 W/(m·°C), je možné vypočítať tepelné straty cez steny: R=0,2/0,3= 0,67 m²·°C/W.

Pozorujú sa tepelné straty aj cez vrstvu omietky. Ak je jej hrúbka 20 mm, potom R omietky = 0,02/0,3 = 0,07 m²°C/W. Súčet týchto dvoch ukazovateľov poskytne hodnotu tepelných strát cez steny: 0,67+0,07 = 0,74 m²°C/W.

So všetkými vstupnými údajmi ich dosadia do vzorca a získajú tepelné straty miestnosti s takýmito stenami: Q = 1/0,74*(20 — (-25)) *60*(1+0,05) = 3831,08 W.

Rovnakým spôsobom sa vypočítajú tepelné straty cez ostatné obvodové konštrukcie: okná, dverné otvory, strechu.

Tepla odovzdávaného vykurovacími okruhmi môže byť nedostatok na zohriatie vzduchu v dome na požadovanú hodnotu, ak je ich výkon podhodnotený. Pri nadmernom výkone dôjde k nadmernej spotrebe teplonosnej látky.

Na určenie tepelných strát cez strop sa jeho tepelný odpor považuje za rovný hodnote pre plánovaný alebo existujúci typ izolácie: R = 0,18/0,041 = 4,39 m²°C / W.

Plocha stropu je identická s plochou podlahy a je 70 m². Po dosadení týchto hodnôt do vzorca získame tepelné straty cez hornú obvodovú konštrukciu: Q pot. = 1/4,39*(20 — (-25))* 70* (1+0,05) = 753,42 W.

Na určenie tepelných strát cez povrch okien je potrebné vypočítať ich plochu. Pri existencii 4 okien so šírkou 1,5 m a výškou 1,4 m bude ich celková plocha: 4*1,5*1,4 = 8,4 m².

Ak výrobca uvádza samostatne tepelný odpor pre izolačné sklo a profil — 0,5 a 0,56 m²°C/W, potom R okien = 0,5*90+0,56*10)/100 = 0,56 m²°C/W. Tu 90 a 10 predstavujú podiel pripadajúci na každý prvok okna.

Na základe získaných údajov pokračujú v ďalších výpočtoch: Q okien = 1/0,56*(20 — (-25))*8,4*(1+0,05) = 708,75 W.

Vonkajšie dvere majú plochu 0,95*2,04 = 1,938 m². Potom R dv. = 0,06/0,14 = 0,43 m²°C/W. Q dv. = 1/0,43*(20 — (-25))* 1,938*(1+0,05) = 212,95 W.

Keďže vonkajšie dvere sa často otvárajú, stráca sa cez ne veľké množstvo tepla. Preto je dôležité zabezpečiť ich tesné zatváranie.

Nakoniec tepelné straty budú: Q = 3831,08 +753,42 + 708,75 + 212,95 + 7406,25 = W.

K tomuto výsledku sa pridáva ešte 10% na infiltráciu vzduchu, potom Q = 7406,25+740,6 = 8146,85 W.

Teraz je možné určiť aj tepelný výkon podlahy: M p = 1,*8146,85 = 9776,22 W alebo 9,8 kW.

Potrebné teplo na ohrev vzduchu

Ak je dom vybavený ventilačným systémom, potom časť tepla produkovaného zdrojom sa musí spotrebovať na ohrev vzduchu prichádzajúceho zvonku.

Na výpočet sa používa vzorec:

Qv. = c*m*(tv—tn), kde

• c = 0,28 kg°C a označuje tepelnú kapacitu vzduchovej hmoty;
• m symbol označuje hmotnostný prietok vonkajšieho vzduchu v kg.

Posledný parameter sa získa vynásobením celkového objemu vzduchu, ktorý sa rovná objemu všetkých miestností za predpokladu, že vzduch sa obnovuje každú hodinu, hustotou, ktorá sa mení v závislosti od teploty.

Na grafe je zobrazená závislosť hustoty vzduchu od jeho teploty. Tieto údaje sú potrebné na výpočet množstva tepla potrebného na ohrev vzduchovej hmoty vstupujúcej do domu v dôsledku núteného vetrania (+)

Ak do budovy vstupuje 400 m³/h, potom m=400*1,422 = 568,8 kg/h. Qv. = 0,28*568,8*45 = 7166,88 W.

V tomto prípade sa potrebný tepelný výkon podlahy výrazne zvýši.

Výpočet potrebného počtu rúr

Na zhotovenie podlahy s vodným vykurovaním sa vyberajú rôzne metódy ukladania rúr, líšiace sa tvarom: had troch druhov – samotný had, uhlový, dvojitý a slimák. V jednom namontovanom okruhu sa môže vyskytovať kombinácia rôznych tvarov. Niekedy sa pre centrálnu zónu podlahy vyberá «slimák» a pre okraje — jeden z druhov «hada».

«Slimák» — racionálna voľba pre objemné miestnosti s jednoduchou geometriou. V miestnostiach silne pretiahnutých alebo so zložitým obrysom je lepšie použiť «hada» (+)

Vzdialenosť medzi rúrami sa nazýva rozstup. Pri výbere tohto parametra je potrebné splniť dve požiadavky: chodidlo nohy by nemalo cítiť rozdiel teploty v jednotlivých zónach podlahy a rúry treba využívať čo najefektívnejšie.

Pre hraničné zóny podlahy sa odporúča použiť rozstup 100 mm. Na ostatných úsekoch je možné vybrať rozstup v rozmedzí od 150 do 300 mm.

Dôležitý význam má tepelná izolácia podlahy. Na prvom poschodí by jej hrúbka mala dosahovať minimálne 100 mm. Na tento účel sa používa minerálna vlna alebo extrudovaný polystyrén.

Na výpočet dĺžky rúry existuje jednoduchý vzorec:

L = S/N*1,1, kde

• S – plocha okruhu;
• N – rozstup ukladania;
• 1,1 – rezerva na ohyby 10%.

K výslednej hodnote sa pripočíta úsek rúry vedený od kolektora po rozvod teplého okruhu, a to ako na spiatočke, tak aj na prívode.

Príklad výpočtu.

Východiskové hodnoty:

• plocha – 10 m²;
• vzdialenosť od kolektora – 6 m;
• rozstup ukladania – 0,15 m.

Riešenie úlohy je jednoduché: 10/0,15*1,1+(6*2) = 85,3 m.

Pri použití kovoplastových rúr s dĺžkou do 100 m sa najčastejšie volí priemer 16 alebo 20 mm. Pri dĺžke rúry 120 – 125 m by jej prierez mal byť 20 mm².

Jednookruhová konštrukcia je vhodná len pre miestnosť s malou plochou. Podlahu vo veľkých miestnostiach delia na niekoľko okruhov v pomere 1:2 – dĺžka konštrukcie musí presahovať šírku 2-krát.

Predtým vypočítaná hodnota je celková dĺžka podlahovej rúry. Avšak pre úplnosť je potrebné určiť dĺžku samostatného okruhu.

Tento parameter ovplyvňuje hydraulický odpor okruhu, ktorý je určený priemerom zvolených rúr a objemom vody dodávanej za jednotku času. Ak sa tieto faktory zanedbajú, tlakové straty budú také veľké, že žiadne čerpadlo nedonúti teplonosné médium cirkulovať.

Stanovenie spotreby rúry v závislosti od zvoleného kroku kladenia

Okruhy rovnakej dĺžky sú ideálny prípad, ktorý sa v praxi vyskytuje len zriedka, pretože plochy miestností rôzneho určenia sa veľmi líšia a zjednotiť dĺžku okruhov na rovnakú hodnotu jednoducho nie je účelné. Profesionáli pripúšťajú rozdiel v dĺžke rúr od 30 do 40 %.

Hodnota priemeru rozdeľovača a priepustnosť zmiešavacieho uzla určuje prípustný počet slučiek, ktoré sú k nemu pripojené. V pase zmiešavacieho uzla je vždy uvedená hodnota tepelného zaťaženia, na ktoré je dimenzovaný.

Predpokladajme, že súčiniteľ priepustnosti (Kvs) je 2,23 m³/h. Pri tomto súčiniteli niektoré modely čerpadiel vydržia zaťaženie od 10 do 15 W.

Na určenie počtu okruhov je potrebné vypočítať tepelné zaťaženie každého z nich. Ak plocha, ktorú zaberá podlahové kúrenie, je 10 m² a tepelný výkon 1 m² je 80 W, potom 10*80 = 800 W. To znamená, že zmiešavací uzol bude schopný zabezpečiť 15 000/800 = 18,8 miestností alebo okruhov s plochou 10 m².

Tieto hodnoty sú maximálne a možno ich uplatniť len teoreticky, v skutočnosti je potrebné číslo znížiť minimálne o 2, potom 18 – 2 = 16 okruhov.

Pri výbere zmiešavacieho uzla (rozdeľovača) treba skontrolovať, či má taký počet vývodov.

Kontrola správnosti výberu priemeru rúr

Na kontrolu, či bol prierez rúr zvolený správne, možno použiť vzorec:

υ = 4*Q*10ᶾ/n*d²

Keď rýchlosť zodpovedá zistenej hodnote, prierez rúr je zvolený správne. Normatívne dokumenty povoľujú maximálnu rýchlosť 3 m/s pri priemere do 0,25 m, ale optimálna hodnota je 0,8 m/s, pretože pri jej zvyšovaní sa zvyšuje hlukový efekt v potrubí.

Dodatočné informácie o výpočte rúr podlahového kúrenia sú uvedené v tomto článku.

Vypočítavame obehové čerpadlo

Aby bol systém ekonomický, je potrebné vybrať obehové čerpadlo, ktoré zabezpečí potrebný tlak a optimálny prietok vody v okruhoch. V pasoch čerpadiel sa zvyčajne uvádza tlak v najdlhšom okruhu a celkový prietok teplonosného média vo všetkých slučkách.

Na tlak majú vplyv hydraulické straty:

∆ h = L*Q²/k1, kde

• L — dĺžka okruhu;
• Q — prietok vody l/s;
• k1 — koeficient charakterizujúci straty v systéme, hodnotu možno prevziať z referenčných tabuliek hydrauliky alebo z pasu zariadenia.

Pri znalosti hodnoty tlaku sa vypočíta prietok v systéme:

Q = k*√H, kde

k — je to koeficient prietoku. Profesionáli uvažujú prietok na každých 10 m² domu v rozmedzí 0,3-0,4 l/s.

Medzi komponentmi vodného podlahového vykurovania má osobitnú úlohu obehové čerpadlo. Iba jednotka, ktorej výkon je o 20 % vyšší ako skutočný prietok nosiča tepla, dokáže prekonať odpor v rúrach.

Údaje týkajúce sa hodnoty tlaku a prietoku uvedené v pase nemožno brať doslovne — ide o maximum, v skutočnosti na ne vplýva dĺžka a geometria siete. Pri príliš vysokom tlaku sa znižuje dĺžka okruhu alebo zväčšuje priemer rúr.

Odporúčania pre výber hrúbky poteru

V referenčných príručkách možno nájsť informácie o tom, že minimálna hrúbka poteru je 30 mm. Keď je miestnosť pomerne vysoká, pod poter sa vkladá izolácia, ktorá zvyšuje účinnosť využitia tepla odovzdávaného vykurovacím okruhom.

Najobľúbenejším materiálom pre podklad je extrudovaný polystyrén. Jeho odpor pri prestupe tepla je výrazne nižší ako u betónu.

Pri zhotovovaní poteru, aby sa vyrovnali lineárne rozťažnosti betónu, sa obvod miestnosti osadzuje dilatačnou páskou. Dôležité je správne zvoliť jej hrúbku. Odborníci odporúčajú pri ploche miestnosti neprevyšujúcej 100 m² vytvoriť 5 mm kompenzačnú vrstvu.

Ak je hodnota plochy väčšia v dôsledku dĺžky presahujúcej 10 m, hrúbka sa vypočíta podľa vzorca:

b = 0,55*L, kde

L – je dĺžka miestnosti v m.

Závery a užitočné video k téme

O výpočte a montáži teplého hydraulického podlahového vykurovania je tento video materiál:

Vo videu sú poskytnuté praktické odporúčania pre kladenie podlahy. Informácie pomôžu vyhnúť sa chybám, ktoré zvyčajne robia amatéri:

Výpočet umožňuje navrhnúť systém „podlahové vykurovanie“ s optimálnymi prevádzkovými parametrami. Je prípustné namontovať vykurovanie s použitím údajov z pasu a odporúčaní.

Bude fungovať, ale odborníci predsa len odporúčajú venovať čas výpočtu, aby systém nakoniec spotrebovával menej energie.

Máte skúsenosti s vykonaním výpočtu podlahového vykurovania a prípravou projektu vykurovacieho okruhu? Alebo máte otázky k téme? Prosím, podeľte sa o svoj názor a zanechajte komentáre.