Càlcul de canonades per a sòls climatitzats: selecció de canonades segons paràmetres, elecció del pas de col·locació + exemple de càlcul

Malgrat la complexitat de la instal·lació, la calefacció per terra radiant mitjançant un circuit d'aigua es considera un dels mètodes més rendibles per escalfar una habitació. Per tal que el sistema funcioni de la manera més eficient possible i no provoqui fallades, cal calcular correctament les canonades per a sòls escalfats: determinar la longitud, el pas del bucle i el patró de col·locació del circuit.

La comoditat d'utilitzar la calefacció d'aigua depèn en gran mesura d'aquests indicadors. Són aquestes preguntes les que examinarem al nostre article: us explicarem com triar la millor opció per a canonades, tenint en compte les característiques tècniques de cada tipus. A més, després de llegir aquest article, podreu triar el pas d'instal·lació correcte i calcular el diàmetre i la longitud necessaris del contorn del sòl calefactat per a una habitació específica.

Paràmetres per al càlcul del circuit tèrmic

En l'etapa de disseny, cal resoldre una sèrie de problemes que determinen característiques de disseny sòl càlid i mode de funcionament: seleccioneu el gruix de la regla, la bomba i altres equips necessaris.

Els aspectes tècnics de l'organització d'una branca de calefacció depenen en gran mesura de la seva finalitat. A més del propòsit, per calcular amb precisió el metratge del circuit d'aigua, necessitareu una sèrie d'indicadors: àrea de cobertura, densitat de flux de calor, temperatura del refrigerant, tipus de revestiment del sòl.

Zona de cobertura de la canonada

A l'hora de determinar les dimensions de la base per col·locar canonades, tingueu en compte l'espai que no està desordenat amb grans equips i mobles integrats. Cal pensar amb antelació sobre la disposició dels objectes a l'habitació.

Si s'utilitza un sòl d'aigua com a principal proveïdor de calor, la seva potència hauria de ser suficient per compensar el 100% de les pèrdues de calor. Si la bobina és una addició al sistema de radiadors, ha de cobrir el 30-60% dels costos d'energia tèrmica de l'habitació

Flux de calor i temperatura del refrigerant

La densitat de flux de calor és un indicador calculat que caracteritza la quantitat òptima d'energia tèrmica per escalfar una habitació. El valor depèn d'una sèrie de factors: conductivitat tèrmica de parets, sostres, àrea de vidre, presència d'aïllament i tipus de canvi d'aire. En funció del flux de calor, es determina el pas de col·locació del bucle.

La temperatura màxima del refrigerant és de 60 °C. Tanmateix, el gruix de la regla i el revestiment del sòl redueixen la temperatura; de fet, s'observen uns 30-35 ° C a la superfície del sòl. La diferència entre els indicadors de temperatura a l'entrada i la sortida del circuit no ha de superar els 5 °C.

Tipus de paviment

L'acabat afecta l'eficiència del sistema. Conductivitat tèrmica òptima de rajoles i gres porcelànic: la superfície s'escalfa ràpidament.Un bon indicador de l'eficiència del circuit d'aigua quan s'utilitza laminat i linòleum sense una capa d'aïllament tèrmic. Els revestiments de fusta tenen la conductivitat tèrmica més baixa.

El grau de transferència de calor també depèn del material de farciment. El sistema és més eficaç quan s'utilitza formigó pesat amb àrids naturals, per exemple, còdols marins fins.

El morter de ciment i sorra proporciona un nivell mitjà de transferència de calor quan el refrigerant s'escalfa a 45 ° C. L'eficiència del circuit disminueix significativament quan s'instal·la una regla semi-sec

A l'hora de calcular canonades per a sòls climatitzats, heu de tenir en compte els estàndards establerts per al règim de temperatura del recobriment:

• 29 °C - sala d'estar;
• 33 °C – habitacions amb alta humitat;
• 35 °C – zones de pas i zones fredes – zones al llarg de les parets finals.

Les característiques climàtiques de la regió tindran un paper important en la determinació de la densitat del circuit d'aigua. A l'hora de calcular la pèrdua de calor, s'ha de tenir en compte la temperatura mínima a l'hivern.

Com mostra la pràctica, l'aïllament preliminar de tota la casa ajudarà a reduir la càrrega. Té sentit primer aïllar tèrmicament l'habitació i després començar a calcular la pèrdua de calor i els paràmetres del circuit de canonades.

Avaluació de les propietats tècniques a l'hora d'escollir tubs

A causa de condicions de funcionament no estàndard, es fan exigències elevades sobre el material i la mida de la bobina del sòl d'aigua:

• inercia química, resistència als processos de corrosió;
• Recobriment intern absolutament llis, no propens a la formació d'acumulació de cal;
• força – les parets estan exposades constantment al refrigerant des de l'interior i la regla des de l'exterior; la canonada ha de suportar una pressió de fins a 10 bar.

És desitjable que la branca de calefacció tingui una petita gravetat específica.El pastís del sòl d'aigua ja posa una càrrega important al sostre i una canonada pesada només agreujarà la situació.

Segons SNiP, està prohibit l'ús de canonades soldades en sistemes de calefacció tancats, independentment del tipus de costura: espiral o recta.

Tres categories de canonades enrotllades compleixen els requisits enumerats en un grau o un altre: polietilè reticulat, metall-plàstic i coure.

Opció 1: polietilè reticulat (PEX)

El material té una estructura de cèl·lules amples de malla d'enllaços moleculars. El polietilè modificat difereix del polietilè convencional en presència de lligaments longitudinals i transversals. Aquesta estructura augmenta la gravetat específica, la resistència mecànica i la resistència química.

Un circuit d'aigua fet de canonades PEX té una sèrie d'avantatges:

• alta elasticitat, permetent la instal·lació d'una bobina amb un petit radi de corba;
• seguretat – quan s'escalfa, el material no emet components nocius;
• resistència a la calor: suavització – a partir de 150 °C, fusió – 200 °C, combustió – 400 °C;
• manté l'estructura durant les fluctuacions de temperatura;
• resistència als danys - destructors biològics i reactius químics.

El gasoducte conserva el seu rendiment original: no es diposita cap sediment a les parets. La vida útil estimada d'un circuit PEX és de 50 anys.

Els desavantatges del polietilè reticulat inclouen: por a la llum solar, efectes negatius de l'oxigen quan penetra dins de l'estructura, necessitat d'una fixació rígida de la bobina durant la instal·lació.

Hi ha quatre grups de productes:

1. PEX-a: reticulació de peròxid. S'aconsegueix l'estructura més duradora i uniforme amb una densitat d'enllaç de fins al 75%.
2. PEX-b – Reticulació de silà. La tecnologia utilitza silanides, substàncies tòxiques inacceptables per a ús domèstic. Els fabricants de productes de fontaneria el substitueixen per un reactiu segur. Les canonades amb certificat d'higiene són acceptables per a la instal·lació. Densitat de crosslink - 65-70%.
3. PEX-c: mètode de radiació. El polietilè s'irradia amb un corrent de raigs gamma o un electró. Com a resultat, els enllaços es compacten fins a un 60%. Inconvenients de PEX-c: ús insegur, reticulació desigual.
4. PEX-d: nitruració. La reacció per crear una xarxa es produeix a causa dels radicals de nitrogen. La sortida és un material amb una densitat de reticulació d'uns 60-70%.

Les característiques de resistència de les canonades PEX depenen del mètode de reticulació del polietilè.

Si us heu decidit per tubs de polietilè reticulat, us recomanem que us familiaritzeu amb regles d'ordenació sistemes de calefacció per terra radiant d'ells.

Opció 2: metall-plàstic

El líder en canonades enrotllades per a la instal·lació de terres calefactors és metall-plàstic. Estructuralment, el material inclou cinc capes.

El recobriment interior i la carcassa exterior són de polietilè d'alta densitat, cosa que confereix a la canonada la suavitat i la resistència a la calor necessàries. Capa intermèdia: separador d'alumini

El metall augmenta la força de la línia, redueix la velocitat d'expansió tèrmica i actua com a barrera antidifusió: bloqueja el flux d'oxigen al refrigerant.

Característiques de les canonades metall-plàstiques:

• bona conductivitat tèrmica;
• capacitat de mantenir una configuració determinada;
• temperatura de funcionament amb conservació de les propietats – 110 °C;
• gravetat específica baixa;
• moviment silenciós del refrigerant;
• seguretat d'ús;
• resistencia a la corrosió;
• vida útil - fins a 50 anys.

El desavantatge de les canonades compostes és la inadmisibilitat de doblegar-se al voltant de l'eix.La torsió repetida corre el risc de danyar la capa d'alumini. Us recomanem que llegiu tecnologia d'instal·lació correcta tubs metall-plàstic, que ajudaran a evitar danys.

Opció 3: canonades de coure

Pel que fa a les característiques tècniques i operatives, el metall groc serà la millor opció. No obstant això, la seva demanda està limitada pel seu alt cost.

En comparació amb les canonades sintètiques, el circuit de coure guanya en diversos punts: conductivitat tèrmica, resistència tèrmica i física, variabilitat de flexió il·limitada, impermeabilitat absoluta als gasos.

A més de ser car, les canonades de coure tenen un desavantatge addicional: la complexitat instal·lació. Per doblegar el contorn necessitareu una màquina de premsa o doblador de tubs.

Opció 4: polipropilè i acer inoxidable

De vegades es crea una branca de calefacció a partir de tubs corrugats de polipropilè o d'acer inoxidable. La primera opció és assequible, però força rígida a la flexió: el radi mínim és vuit vegades el diàmetre del producte.

Això vol dir que les canonades amb una mida estàndard de 23 mm s'hauran de col·locar a una distància de 368 mm entre si; un pas de col·locació augmentat no garantirà un escalfament uniforme.

Les canonades d'acer inoxidable tenen una alta conductivitat tèrmica i una bona flexibilitat. Desavantatges: fragilitat de les bandes elàstiques de segellat, creació d'una forta resistència hidràulica per corrugació

Possibles maneres de traçar el contorn

Per determinar el consum de canonades per disposar d'un sòl calefactat, heu de decidir la disposició del circuit d'aigua. La tasca principal de planificar el disseny és garantir una calefacció uniforme, tenint en compte les zones fredes i no escalfades de l'habitació.

Les opcions de disseny següents són possibles: serp, doble serp i caragol.En triar un esquema, cal tenir en compte la mida, la configuració de l'habitació i la ubicació de les parets externes.

Mètode #1 - serp

El refrigerant es subministra al sistema al llarg de la paret, passa a través de la bobina i torna col·lector de distribució. En aquest cas, la meitat de l'habitació s'escalfa amb aigua calenta i la resta amb aigua refrigerada.

Quan es posa amb una serp, és impossible aconseguir un escalfament uniforme: la diferència de temperatura pot arribar als 10 ° C. El mètode és aplicable en espais estrets.

El disseny de la serp de la cantonada és òptim si necessiteu aïllar al màxim una zona freda a prop de la paret final o al passadís.

La doble serp permet una transició de temperatura més suau. Els circuits directes i inversos funcionen paral·lels entre si.

Mètode 2: cargol o espiral

Es considera l'esquema òptim per garantir una calefacció uniforme del revestiment del sòl. Les branques directes i inverses es col·loquen alternativament.

Un avantatge addicional de la "carcassa" és la instal·lació d'un circuit de calefacció amb una rotació suau de corba. Aquest mètode és rellevant quan es treballa amb canonades de flexibilitat insuficient.

Per a grans àrees, s'implementa un esquema combinat. La superfície es divideix en sectors i es desenvolupa un circuit separat per a cadascun, que condueix a un col·lector comú. Al centre de l'habitació, la canonada es disposa com un cargol i al llarg de les parets exteriors, com una serp.

Tenim un altre article al nostre lloc web en el qual parlem amb detall esquemes d'instal·lació calefacció per terra radiant i va oferir recomanacions per triar l'opció òptima en funció de les característiques d'una habitació concreta.

Mètode de càlcul de canonades

Per no confondre's en els càlculs, proposem dividir la solució del problema en diverses etapes.En primer lloc, cal estimar la pèrdua de calor de l'habitació, determinar el pas de col·locació i, a continuació, calcular la longitud del circuit de calefacció.

Principis de disseny de circuits

Quan comenceu els càlculs i creeu un esbós, heu de familiaritzar-vos amb les regles bàsiques per a la ubicació del circuit d'aigua:

1. És recomanable col·locar canonades al llarg de l'obertura de la finestra; això reduirà significativament la pèrdua de calor de l'edifici.
2. L'àrea de cobertura recomanada d'un circuit d'aigua és de 20 metres quadrats. m A les habitacions grans, cal dividir l'espai en zones i col·locar una branca de calefacció separada per a cadascuna.
3. La distància des de la paret fins a la primera branca és de 25 cm. El pas admissible dels girs de canonada al centre de l'habitació és de fins a 30 cm, al llarg de les vores i a les zones fredes: 10-15 cm.
4. La determinació de la longitud màxima de la canonada per a la calefacció per terra radiant s'ha de basar en el diàmetre de la bobina.

Per a un circuit amb una secció transversal de 16 mm, no es permet més de 90 m, el límit per a una canonada amb un gruix de 20 mm és de 120 m. El compliment de les normes garantirà una pressió hidràulica normal al sistema.

La taula mostra el cabal aproximat de la canonada, depenent del pas del bucle. Per obtenir dades més precises, heu de tenir en compte el marge de gir i la distància al col·lector

Fórmula bàsica amb explicacions

La longitud del contorn del sòl escalfat es calcula mitjançant la fórmula:

L=S/n*1,1+k,

On:

• L — la longitud necessària de la xarxa de calefacció;
• S – superfície coberta;
• n - pas de col·locació;
• 1,1 – factor estàndard del deu per cent de reserva de flexió;
• k – distància del col·lector al terra – es té en compte la distància al cablejat del circuit d'alimentació i retorn.

La zona de cobertura i el to dels girs tindran un paper decisiu.

Per a més claredat, en paper cal fer un plànol indicant les dimensions exactes i indicant el pas del circuit d'aigua

Cal recordar que no es recomana col·locar canonades de calefacció sota els grans electrodomèstics i els mobles encastats. Els paràmetres dels elements designats s'han de restar de l'àrea total.

Per seleccionar la distància òptima entre les branques, cal dur a terme manipulacions matemàtiques més complexes, operant amb la pèrdua de calor de l'habitació.

Càlcul d'enginyeria tèrmica amb determinació del pas del circuit

La densitat de les canonades afecta directament la quantitat de flux de calor que emana del sistema de calefacció. Per determinar la càrrega necessària, cal calcular els costos de calor a l'hivern.

Els costos tèrmics a través dels elements estructurals de l'edifici i la ventilació s'han de compensar totalment amb l'energia calorífica generada pel circuit d'aigua.

La potència del sistema de calefacció es determina per la fórmula:

M=1,2*Q,

On:

• M - rendiment del circuit;
• Q – Pèrdua total de calor de l'habitació.

El valor de Q es pot descompondre en components: consum d'energia a través de les estructures de tancament i costos ocasionats pel funcionament del sistema de ventilació. Anem a esbrinar com calcular cadascun dels indicadors.

Pèrdues de calor a través dels elements constructius

Cal determinar el consum d'energia tèrmica de totes les estructures de tancament: parets, sostres, finestres, portes, etc. Fórmula de càlcul:

Q1=(S/R)*Δt,

On:

• S - àrea de l'element;
• R - Resistència tèrmica;
• Δt – la diferència entre la temperatura interior i exterior.

Quan es determina Δt, s'utilitza l'indicador de l'època més freda de l'any.

La resistència tèrmica es calcula de la següent manera:

R=A/Kt,

On:

• A – gruix de la capa, m;
• CT – coeficient de conductivitat tèrmica, W/m*K.

Per als elements combinats d'una estructura, s'ha de resumir la resistència de totes les capes.

El coeficient de conductivitat tèrmica dels materials de construcció i l'aïllament es pot extreure d'un llibre de referència o consultar-lo a la documentació adjunta per a un producte específic.

Hem proporcionat més valors del coeficient de conductivitat tèrmica per als materials de construcció més populars a la taula continguda en el següent article.

Pèrdua de calor per ventilació

Per calcular l'indicador, s'utilitza la fórmula:

Q2=(V*K/3600)*C*P*Δt,

On:

• V – volum de l'habitació, metres cúbics. m;
• K - taxa de canvi d'aire;
• C – capacitat calorífica específica de l'aire, J/kg*K;
• P – densitat de l'aire a temperatura ambient normal – 20 °C.

El tipus de canvi d'aire de la majoria de les habitacions és igual a un. L'excepció és per a cases amb barrera de vapor interna: per mantenir un microclima normal, l'aire s'ha de renovar dues vegades per hora.

La capacitat calorífica específica és un indicador de referència. A temperatura estàndard sense pressió, el valor és de 1005 J/kg*K.

La taula mostra la dependència de la densitat de l'aire de la temperatura ambient en condicions de pressió atmosfèrica: 1,0132 bar (1 Atm)

Pèrdua total de calor

La quantitat total de pèrdua de calor a l'habitació serà igual a: Q=Q1*1,1+Q2. Coeficient 1.1: un augment dels costos energètics en un 10% a causa de la infiltració d'aire a través d'esquerdes i fuites a les estructures de l'edifici.

Multiplicant el valor obtingut per 1,2, s'obté la potència necessària del terra escalfat per compensar la pèrdua de calor. Mitjançant un gràfic del flux de calor en funció de la temperatura del refrigerant, podeu determinar el pas i el diàmetre de la canonada adequats.

L'escala vertical és el règim de temperatura mitjana del circuit d'aigua, l'escala horitzontal és l'indicador de la producció d'energia tèrmica per part del sistema de calefacció per 1 m². m

Les dades són rellevants per a sòls escalfats en una regla de sorra i ciment amb un gruix de 7 mm, el material de recobriment és rajoles ceràmiques. Per a altres condicions, els valors s'han d'ajustar per tenir en compte la conductivitat tèrmica de l'acabat.

Per exemple, en col·locar una catifa, la temperatura del refrigerant s'ha d'augmentar entre 4 i 5 °C. Cada centímetre addicional de regla redueix la transferència de calor en un 5-8%.

Elecció final de la longitud del contorn

Coneixent el pas de col·locació de les bobines i l'àrea coberta, és fàcil determinar el cabal de les canonades. Si el valor obtingut és superior al valor permès, cal instal·lar diversos circuits.

És òptim si els bucles tenen la mateixa longitud, no cal ajustar ni equilibrar res. No obstant això, a la pràctica, és més sovint necessari trencar la xarxa de calefacció en diferents seccions.

La dispersió de les longituds del contorn ha de romandre entre el 30 i el 40%. Depenent del propòsit i la forma de l'habitació, podeu "jugar" amb el pas del bucle i els diàmetres de les canonades

Un exemple concret de càlcul d'una branca de calefacció

Suposem que cal determinar els paràmetres del circuit tèrmic per a una casa amb una superfície de 60 metres quadrats.

Per al càlcul necessitareu les següents dades i característiques:

• dimensions de l'habitació: alçada - 2,7 m, llarg i amplada - 10 i 6 m, respectivament;
• la casa té 5 finestres metall-plàstic de 2 m2. m;
• parets exteriors - formigó cel·lular, gruix - 50 cm, Kt = 0,20 W/mK;
• aïllament de paret addicional – escuma de poliestirè 5 cm, Kt=0,041 W/mK;
• material del sostre – llosa de formigó armat, gruix – 20 cm, Kt=1,69 W/mK;
• aïllament de les golfes: taulers d'escuma de poliestirè de 5 cm de gruix;
• dimensions de la porta d'entrada - 0,9 * 2,05 m, aïllament tèrmic - escuma de poliuretà, capa - 10 cm, Kt = 0,035 W/mK.

A continuació, vegem un exemple pas a pas de la realització del càlcul.

Pas 1: càlcul de la pèrdua de calor a través dels elements estructurals

Resistència tèrmica dels materials de paret:

• formigó cel·lular: R1=0,5/0,20=2,5 ​​m²*K/W;
• poliestirè expandit: R2=0,05/0,041=1,22 m²*K/W.

La resistència tèrmica de la paret en conjunt és: 2,5 + 1,22 = 3,57 sq. m*K/W. Considerem que la temperatura mitjana de la casa és de +23 °C, la temperatura mínima exterior és de 25 °C amb un signe menys. La diferència d'indicadors és de 48 °C.

Càlcul de l'àrea total de la paret: S1=2,7*10*2+2,7*6*2=86,4 sq. m. De l'indicador obtingut, cal restar la mida de les finestres i portes: S2 = 86,4-10-1,85 = 74,55 m². m.

Substituint els indicadors obtinguts a la fórmula, obtenim la pèrdua de calor de paret: Qc=74,55/3,57*48=1002 W

Per analogia, es calculen els costos de calor a través de finestres, portes i sostres. Per avaluar les pèrdues d'energia a través de l'àtic, es té en compte la conductivitat tèrmica del material del sòl i l'aïllament.

La resistència tèrmica final del sostre és: 0,2/1,69+0,05/0,041=0,118+1,22=1,338 sq. m*K/W. La pèrdua de calor serà: Qp=60/1.338*48=2152 W.

Per calcular les fuites de calor a través de les finestres, cal determinar el valor mitjà ponderat de la resistència tèrmica dels materials: finestra de doble vidre - 0,5 i perfil - 0,56 metres quadrats. m*K/W respectivament.

Ro=0,56*0,1+0,5*0,9=0,56 m²*K/W. Aquí 0,1 i 0,9 són la proporció de cada material a l'estructura de la finestra.

Pèrdua de calor a la finestra: Qо=10/0,56*48=857 W.

Tenint en compte l'aïllament tèrmic de la porta, la seva resistència tèrmica serà: Rd=0,1/0,035=2,86 sq. m*K/W. Qd=(0,9*2,05)/2,86*48=31 W.

La pèrdua total de calor a través dels elements de tancament és: 1002+2152+857+31=4042 W. El resultat s'ha d'augmentar un 10%: 4042*1,1=4446 W.

Pas 2: calor per a la calefacció + pèrdua general de calor

En primer lloc, calculem el consum de calor per escalfar l'aire entrant. Volum de l'habitació: 2,7*10*6=162 metres cúbics. m. En conseqüència, la pèrdua de calor per ventilació serà: (162*1/3600)*1005*1,19*48=2583 W.

Segons aquests paràmetres d'habitació, els costos totals de calor seran: Q=4446+2583=7029 W.

Pas 3: potència necessària del circuit tèrmic

Calculem la potència òptima del circuit necessària per compensar la pèrdua de calor: N=1,2*7029=8435 W.

Següent: q=N/S=8435/60=141 W/m².

A partir del rendiment requerit del sistema de calefacció i de l'àrea activa de l'habitació, és possible determinar la densitat de flux de calor per 1 sq. m

Pas 4: determinació del pas de col·locació i la longitud del contorn

El valor resultant es compara amb el gràfic de dependència. Si la temperatura del refrigerant al sistema és de 40 °C, és adequat un circuit amb els següents paràmetres: pas - 100 mm, diàmetre - 20 mm.

Si l'aigua escalfada a 50 °C circula a la xarxa principal, l'interval entre branques es pot augmentar a 15 cm i es pot utilitzar una canonada amb una secció transversal de 16 mm.

Calculem la longitud del contorn: L=60/0,15*1,1=440 m.

Per separat, cal tenir en compte la distància dels col·lectors al sistema de calefacció.

Com es desprèn dels càlculs, per instal·lar un sòl d'aigua caldrà fer almenys quatre llaços de calefacció. Com col·locar i assegurar correctament les canonades, així com altres secrets d'instal·lació, nosaltres revisat aquí.

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

Les revisions de vídeo visuals us ajudaran a fer un càlcul preliminar de la longitud i el to del circuit tèrmic.

Escollir la distància més efectiva entre les branques d'un sistema de calefacció per terra radiant:

Una guia sobre com esbrinar la longitud del bucle del sòl escalfat en ús:

El mètode de càlcul no es pot anomenar simple. Al mateix temps, s'han de tenir en compte molts factors que afecten els paràmetres del circuit. Si teniu previst utilitzar el sòl d'aigua com a única font de calor, és millor confiar aquest treball a professionals: els errors en l'etapa de planificació poden ser costosos..

Calculeu vosaltres mateixos el metratge requerit de canonades per a sòls climatitzats i el seu diàmetre òptim? Potser encara teniu preguntes que no hem cobert en aquest material? Pregunteu-los als nostres experts a la secció de comentaris.

Si esteu especialitzats en el càlcul de canonades per organitzar terres escalfats per aigua i teniu alguna cosa a afegir al material presentat anteriorment, escriviu els vostres comentaris a continuació a l'article.