Kaip apskaičiuoti šiltas grindis naudojant vandens sistemos pavyzdį

Šildomų grindų efektyvumą veikia daugelis veiksnių. Neatsižvelgus į juos, net jei sistema sumontuota teisingai ir jai įrengti panaudotos moderniausios medžiagos, realus šiluminis efektyvumas nepateisins lūkesčių.

Dėl šios priežasties prieš montavimo darbus būtinai turi būti atliktas kompetentingas šildomų grindų skaičiavimas, ir tik tada galima garantuoti gerą rezultatą.

Šildymo sistemos projekto sukūrimas kainuoja nemažai, todėl daugelis namų meistrų skaičiavimus atlieka patys. Sutikite, idėja sumažinti išlaidas šildomų grindų įrengimui atrodo labai viliojanti.

Mes Jums patarsime, kaip sukurti projektą, į kokius kriterijus atsižvelgti renkantis šildymo sistemos parametrus, ir išdėstysime nuoseklią skaičiavimo metodiką. Aiškumo dėlei paruošėme šildomų grindų skaičiavimo pavyzdį.

Pradiniai duomenys skaičiavimui

Iš pradžių teisingai suplanuota projektavimo ir montavimo darbų eiga apsaugos nuo netikėtumų ir nemalonių problemų ateityje.

Skaičiuojant šildomas grindis, būtina remtis šiais duomenimis:

• sienų medžiagos ir jų konstrukcijos ypatumų;
• patalpos matmenų plane;
• galutinės dangos tipo;
• durų, langų konstrukcijos ir jų išdėstymo;
• konstrukcinių elementų išdėstymo plane.

Norint atlikti kompetentingą projektavimą, būtina privalomai atsižvelgti į nustatytą temperatūros režimą ir jo reguliavimo galimybę.

Apytikriai skaičiuojant laikoma, kad 1 m² šildymo sistemos turi kompensuoti 1 kW šilumos nuostolius. Jei vandens šildymo kontūras naudojamas kaip papildymas pagrindinei sistemai, jis turi padengti tik dalį šilumos nuostolių.

Yra rekomendacijų dėl grindų temperatūros, užtikrinančios patogų buvimą skirtingos paskirties patalpose:

• 29°C – gyvenamoji zona;
• 33°C – vonia, patalpos su baseinu ir kitos, kuriose yra didelis drėgmės rodiklis;
• 35°C – šalčio juostos (prie įėjimo durų, išorinių sienų ir pan.).

Šių verčių viršijimas sukelia tiek pačios sistemos, tiek galutinės dangos perkaitimą, o vėliau neišvengiamą medžiagos gedimą.

Atlikus preliminarius skaičiavimus, galima pasirinkti pagal asmeninius pojūčius optimalią šilumnešio temperatūrą, nustatyti apkrovą šildymo kontūrui ir įsigyti siurblių įrangą, nepriekaištingai susidorojančią su šilumnešio judėjimo skatinimu. Ji parenkama su 20 % šilumnešio srauto atsarga.

Daug laiko užtrunka sušildyti storesnį nei 7 cm lygintuvą. Todėl įrengiant vandenines sistemas stengiamasi neviršyti nurodytos ribos. Tinkamiausia danga ant vandeninių grindų laikoma keraminė plytelė, o po parketu dėl jo ypač mažo šilumos laidumo šildomos grindys nėra klojamos.

Projektavimo etape reikėtų nuspręsti, ar šildomos grindys bus pagrindinis šilumos tiekėjas, ar bus naudojamos tik kaip papildymas radiatorių šildymo grandinei. Nuo to priklauso šiluminės energijos nuostolių dalis, kurią joms teks kompensuoti. Ji gali sudaryti nuo 30 % iki 60 % su variacijomis.

Vandeninių grindų įšilimo laikas priklauso nuo į lygintuvą įeinančių elementų storio. Vanduo kaip šilumnešis yra labai efektyvus, tačiau pati sistema išsiskiria montavimo sudėtingumu.

Šildomų grindų parametrų nustatymas

Skaičiavimo tikslas yra gauti šiluminės apkrovos dydį. Šio skaičiavimo rezultatas turi įtakos tolesniems veiksmams. Savo ruožtu šiluminei apkrovai įtakos turi vidutinė žiemos temperatūra konkrečiame regione, numatoma temperatūra patalpose, lubų, sienų, langų ir durų šilumos perdavimo koeficientas.

Šilumos nuostolių priežastis yra prastai izoliuotos namo sienos, langai, durys. Didžiausias šilumos procentas išeina per vėdinimo sistemą ir stogą (+)

Galutinis skaičiavimų rezultatas prieš vandeninio tipo šildomų grindų įrengimą taip pat priklausys nuo papildomų šildymo prietaisų buvimo, įskaitant namuose gyvenančių žmonių ir naminių gyvūnų šilumos išskyrimą. Skaičiuojant būtinai atsižvelgiama į infiltracijos buvimą.

Vienas iš svarbių parametrų yra kambarių konfigūracija, todėl reikės namo aukštų plano ir atitinkamų pjūvių.

Šilumos nuostolių skaičiavimo metodika

Nustatę šį parametrą, sužinosite, kiek šilumos turi pagaminti grindys, kad žmonės patalpoje jaustųsi patogiai, ir galėsite pasirinkti katilą, siurblį bei grindis pagal galią. Kitaip tariant: šiluma, atiduodama šildymo kontūrų, turi kompensuoti pastato šilumos nuostolius.

Ryšys tarp šių dviejų parametrų išreiškiamas formule:

Mp = 1,2 x Q, kur

• Mp — reikiama kontūrų galia;
• Q — šilumos nuostoliai.

Antrajam rodikliui nustatyti atliekami langų, durų, perdangų, išorinių sienų ploto matavimai ir skaičiavimai. Kadangi grindys bus šildomos, šios atitvarinės konstrukcijos plotas neįskaitomas. Matavimai atliekami iš išorinės pusės, apimant pastato kampus.

Skaičiavime bus atsižvelgiama ir į storį, ir į kiekvienos konstrukcijos šilumos laidumo koeficientą. Normatyvines šilumos laidumo koeficiento (λ) reikšmes dažniausiai naudojamoms medžiagoms galima paimti iš lentelės.

Iš lentelės galima paimti koeficiento vertę skaičiavimui. Svarbu sužinoti iš tiekėjos įmonės medžiagos šiluminės varžos vertę, jei montuojami metalo plastiko langai (+).

Šilumos nuostolių skaičiavimas atliekamas atskirai kiekvienam pastato elementui, naudojant formulę:

Q = 1/R*(tv-tn)*S x (1+∑b), kur

• R – medžiagos, iš kurios pagaminta atitvarinė konstrukcija, šiluminė varža;
• S – konstrukcinio elemento plotas;
• tv ir tn — vidinė ir išorinė temperatūra atitinkamai, o antrasis rodiklis imamas pagal žemiausią vertę;
• b — papildomi šilumos nuostoliai, susiję su pastato orientacija pagal pasaulio šalis.

Šiluminės varžos rodiklis (R) apskaičiuojamas konstrukcijos storį padalijus iš medžiagos, iš kurios ji pagaminta, šilumos laidumo koeficiento.

Koeficiento b reikšmė priklauso nuo pastato orientacijos:

• 0,1 – šiaurė, šiaurės vakarai arba šiaurės rytai;
• 0,05 – vakarai, pietryčiai;
• 0 – pietūs, pietvakariai.

Jeigu panagrinėtumėte klausimą naudodami bet kurį vandens šildomų grindų skaičiavimo pavyzdį, jis tampa suprantamesnis.

Konkretus skaičiavimo pavyzdys

Tarkime, kad laikino gyvenimo namo sienos, kurių storis 20 cm, yra pagamintos iš akytojo betono blokų. Bendras atitvarinių sienų plotas, atėmus langų ir durų angas, yra 60 m². Lauko temperatūra -25°C, vidaus +20°C, konstrukcija orientuota į pietryčius.

Atsižvelgiant į tai, kad blokų šilumos laidumo koeficientas λ = 0,3 W/(m·°C), galima apskaičiuoti šilumos nuostolius per sienas: R = 0,2/0,3 = 0,67 m²·°C/W.

Stebimi šilumos nuostoliai ir per tinko sluoksnį. Jei jo storis 20 mm, tai Rtink. = 0,02/0,3 = 0,07 m²°C/W. Šių dviejų rodiklių suma duos šilumos nuostolių per sienas vertę: 0,67+0,07 = 0,74 m²°C/W.

Turint visus pradinius duomenis, jie įstatomi į formulę ir gaunami patalpos su tokiomis sienomis šilumos nuostoliai: Q = 1/0,74*(20 — (-25)) *60*(1+0,05) = 3831,08 W.

Tokiu pačiu būdu apskaičiuojami šilumos nuostoliai per likusias atitvarines konstrukcijas: langus, durų angas, stogą.

Šildymo kontūrų išskiriamos šilumos gali nepakakti orui namo viduje pašildyti iki reikiamo dydžio, jei jų galia yra per maža. Esant per didelei galiai, bus šilumos nešiklio perteklius.

Norint nustatyti šilumos nuostolius per lubas, jų šiluminė varža laikoma lygi planuojamo arba turimo izoliacijos tipo vertei: R = 0,18/0,041 = 4,39 m²°C / W.

Lubų plotas yra identiškas grindų plotui ir lygus 70 m². Įstačius šias reikšmes į formulę, gaunami šilumos nuostoliai per viršutinę atitvarinę konstrukciją: Q lub. = 1/4,39*(20 — (-25))* 70* (1+0,05) = 753,42 W.

Norint nustatyti šilumos nuostolius per langų paviršių, reikia apskaičiuoti jų plotą. Esant 4 langams, kurių plotis 1,5 m ir aukštis 1,4 m, jų bendras plotas sudarys: 4*1,5*1,4 = 8,4 m².

Jei gamintojas atskirai nurodo šiluminę varžą stiklo paketui ir profiliui — atitinkamai 0,5 ir 0,56 m²°C/W, tai Rlang = (0,5*90+0,56*10)/100 = 0,56 m²°C/W. Čia 90 ir 10 — dalis, tenkanti kiekvienam lango elementui.

Remiantis gautais duomenimis, tęsiami tolesni skaičiavimai: Qlang = 1/0,56*(20 — (-25))*8,4*(1+0,05) = 708,75 W.

Išorinės durys turi plotą 0,95*2,04 = 1,938 m². Tada Rdur. = 0,06/0,14 = 0,43 m²°C/W. Q dur. = 1/0,43*(20 — (-25))* 1,938*(1+0,05) = 212,95 W.

Kadangi išorinės durys dažnai atidaromos, per jas prarandamas didelis šilumos kiekis. Todėl svarbu užtikrinti jų sandarų uždarymą.

Galutiniai šilumos nuostoliai sudarys: Q = 3831,08 +753,42 + 708,75 + 212,95 + 7406,25 = W.

Prie šio rezultato pridedama dar 10% oro infiltracijai, tada Q = 7406,25+740,6 = 8146,85 W.

Dabar galima nustatyti ir grindų šiluminę galią: Mgr = 1,*8146,85 = 9776,22 W arba 9,8 kW.

Reikalinga šiluma orui šildyti

Jei namas įrengtas vėdinimo sistema, tai tam tikra šilumos dalis, kurią išskiria šaltinis, turi būti naudojama iš išorės patenkančiam orui pašildyti.

Skaičiavimui taikoma formulė:

Qv. = c*m*(tv—tn), kur

• c = 0,28 kg°C ir žymi oro masės šiluminę talpą;
• m simbolis žymi išorinio oro masės srautą kg.

Paskutinis parametras gaunamas padauginus bendrą oro tūrį, lygų visų patalpų tūriui, su sąlyga, kad oras atnaujinamas kas valandą, iš tankio, kuris kinta priklausomai nuo temperatūros.

Grafike pavaizduota oro tankio priklausomybė nuo jo temperatūros. Duomenys reikalingi apskaičiuojant šilumos kiekį, reikalingą sušildyti oro masę, kuri patenka į namą dėl priverstinės ventiliacijos (+)

Jei į pastatą patenka 400 m³/val., tai m=400*1,422 = 568,8 kg/val. Qv. = 0,28*568,8*45 = 7166,88 W.

Tokiu atveju reikalinga grindų šiluminė galia gerokai padidės.

Reikalingo vamzdžių kiekio skaičiavimas

Įrengiant šildomas grindis su vandeniu, pasirenkami skirtingi vamzdžių klojimo būdai, besiskiriantys forma: trijų rūšių gyvatė – gyvatė, kampinė, dviguba ir sraigė. Viename sumontuotame kontūre gali būti skirtingų formų derinys. Kartais centrinei grindų zonai pasirenkama „sraigė“, o kraštams – vienas iš „gyvatės“ tipų.

„Sraigė“ – racionalus pasirinkimas erdvioms patalpoms su paprasta geometrija. Stipriai ištįsusiose ar sudėtingų kontūrų patalpose geriau taikyti „gyvatę“ (+).

Atstumas tarp vamzdžių vadinamas žingsniu. Renkantis šį parametrą reikia patenkinti du reikalavimus: pėda neturi jausti temperatūros skirtumo atskirose grindų zonose, o vamzdžius reikia naudoti kuo efektyviau.

Pakraštinėse grindų zonose rekomenduojama naudoti 100 mm žingsnį. Kitose srityse žingsnį galima pasirinkti nuo 150 iki 300 mm.

Svarbią reikšmę turi grindų šilumos izoliacija. Pirmame aukšte jos storis turi siekti mažiausiai 100 mm. Tam naudojama mineralinė vata arba ekstruzinis polistireninis putplastis.

Vamzdžio ilgiui apskaičiuoti yra paprasta formulė:

L = S/N*1.1, kur

• S – kontūro plotas;
• N – klojimo žingsnis;
• 1,1 – atsarga lenkimams 10%.

Prie galutinės vertės pridedamas vamzdžio segmentas, nutiestas nuo kolektoriaus iki šilto kontūro paskirstymo tiek grįžtamojoje, tiek tiekimo linijoje.

Skaičiavimo pavyzdys.

Pradinės reikšmės:

• plotas – 10 m²;
• atstumas iki kolektoriaus – 6 m;
• klojimo žingsnis – 0,15 m.

Uždavinio sprendimas paprastas: 10/0,15*1,1+(6*2) = 85,3 m.

Naudojant metalinius plastikinius vamzdžius, kurių ilgis iki 100 m, dažniausiai pasirenkamas 16 arba 20 mm skersmuo. Kai vamzdžio ilgis 120–125 m, jo skerspjūvis turi būti 20 mm².

Vieno kontūro konstrukcija tinka tik mažo ploto patalpai. Didelėse patalpose grindys dalijamos į kelis kontūrus santykiu 1:2 – konstrukcijos ilgis turi būti 2 kartus didesnis už plotį.

Anksčiau apskaičiuota vertė yra bendras grindų vamzdžio ilgis. Tačiau norint gauti pilną vaizdą, reikia išskirti atskiro kontūro ilgį.

Šiam parametrui įtakos turi kontūro hidraulinis pasipriešinimas, kurį lemia pasirinktų vamzdžių skersmuo ir per laiko vienetą tiekiamo vandens kiekis. Jei šie veiksniai būtų ignoruojami, slėgio nuostoliai būtų tokie dideli, kad joks siurblys nepriverstų šilumnešio cirkuliuoti.

Vamzdžio sąnaudų nustatymas pagal pasirinktą klojimo žingsnį

Vienodo ilgio kontūrai yra idealus atvejis, tačiau praktikoje pasitaikantis retai, nes skirtingos paskirties patalpų plotai labai skiriasi, o suvesti kontūrų ilgį iki vienos vertės tiesiog netikslinga. Profesionalai leidžia vamzdžių ilgio skirtumą nuo 30 iki 40%.

Leidžiamą prie jo prijungtų kilpų skaičių lemia kolektoriaus skersmuo ir maišymo mazgo pralaidumas. Maišymo mazgo pase visada galima rasti šiluminės apkrovos vertę, kuriai jis yra suprojektuotas.

Tarkime, pralaidumo koeficientas (Kvs) yra 2,23 m³/h. Esant tokiam koeficientui, tam tikri siurblio modeliai atlaiko nuo 10 iki 15 W apkrovą.

Norint nustatyti kontūrų skaičių, reikia apskaičiuoti kiekvieno šiluminę apkrovą. Jeigu šiltų grindų užimamas plotas yra 10 m², o 1 m² šilumos atidavimas Kvs rodikliu yra 80 W, tai 10*80 = 800 W. Vadinasi, maišymo mazgas galės aprūpinti 15 000/800 = 18,8 patalpų arba kontūrų, kurių kiekvieno plotas 10 m².

Šie rodikliai yra maksimalūs ir juos galima taikyti tik teoriškai, o iš tikrųjų skaičių reikia sumažinti mažiausiai 2 vienetais, tuomet 18 – 2 = 16 kontūrų.

Renkantis maišymo mazgą (kolektorių), reikia patikrinti, ar jis turi tokį išvadų skaičių.

Vamzdžių skersmens parinkimo teisingumo patikrinimas

Norint patikrinti, ar teisingai buvo parinktas vamzdžių skerspjūvis, galima pasinaudoti formule:

υ = 4*Q*10ᶾ/n*d²

Kai greitis atitinka rastąją reikšmę, vamzdžių skerspjūvis parinktas teisingai. Norminiai dokumentai leidžia didžiausią greitį 3 m/s, kai skersmuo iki 0,25 m, tačiau optimali reikšmė yra 0,8 m/s, nes didėjant jo dydžiui didėja triukšmo efektas vamzdyne.

Papildomos informacijos apie šiltų grindų vamzdžių skaičiavimą pateikta šiame straipsnyje.

Apskaičiuojame cirkuliacinį siurblį

Kad sistema būtų ekonomiška, reikia parinkti cirkuliacinį siurblį, kuris užtikrintų reikiamą slėgį ir optimalų vandens srautą kontūruose. Siurblių pasuose paprastai nurodomas ilgiausio kontūro slėgis ir bendras šilumnešio srautas visose kilpose.

Slėgiui įtakos turi hidrauliniai nuostoliai:

∆ h = L*Q²/k1, kur

• L — kontūro ilgis;
• Q — vandens debetas l/s;
• k1 — koeficientas, apibūdinantis nuostolius sistemoje; rodiklį galima paimti iš hidraulikos žinynų lentelių arba iš įrangos paso.

Žinant slėgio dydį, apskaičiuojamas debetas sistemoje:

Q = k*√H, kur

k — tai debeto koeficientas. Profesionalai priima debitą kas 10 m² namo 0,3-0,4 l/s ribose.

Tarp šildomų vandens grindų komponentų ypatingas vaidmuo tenka cirkuliaciniam siurbliui. Tik agregatas, kurio galia 20 % viršija faktinį šilumnešio debitą, galės įveikti vamzdžių pasipriešinimą.

Skaičiai, susiję su slėgio ir debeto dydžiu, nurodyti pase, negali būti suprantami pažodžiui — tai maksimumas, o faktiškai jiems įtakos turi tinklo ilgis ir geometrija. Esant per dideliam slėgiui, mažinamas kontūro ilgis arba didinamas vamzdžių skersmuo.

Rekomendacijos dėl lygintuvo storio pasirinkimo

Žinynuose galima rasti informacijos, kad minimalus lygintuvo storis yra 30 mm. Kai patalpa yra gana aukšta, po lygintuvu dedama izoliacija, didinanti šildymo kontūro atiduodamos šilumos naudojimo efektyvumą.

Populiariausia pagrindo medžiaga yra ekstruzinis putų polistirenas. Jo šilumos perdavimo varža yra žymiai mažesnė nei betono.

Įrengiant lygintuvą, siekiant subalansuoti betono linijinius plėtimus, patalpos perimetras apipavidalinamas slopinimo juosta. Svarbu teisingai pasirinkti jos storį. Specialistai pataria, kai patalpos plotas neviršija 100 m², įrengti 5 mm kompensacinį sluoksnį.

Jei ploto vertės didesnės dėl ilgio, viršijančio 10 m, storis apskaičiuojamas pagal formulę:

b = 0,55*L, kur

L – tai kambario ilgis m.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Apie šildomų hidraulinių grindų skaičiavimą ir montavimą ši vaizdo medžiaga:

Vaizdo įraše pateikiamos praktiškos rekomendacijos dėl grindų klojimo. Informacija padės išvengti klaidų, kurias paprastai daro mėgėjai:

Skaičiavimas leidžia suprojektuoti „šiltų grindų“ sistemą su optimaliais eksploataciniais rodikliais. Leidžiama sumontuoti šildymą naudojant paso duomenis ir rekomendacijas.

Ji veiks, tačiau profesionalai vis dėlto pataria skirti laiko skaičiavimui, kad galiausiai sistema sunaudotų mažiau energijos.

Ar turite patirties atliekant šiltų grindų skaičiavimą ir rengiant šildymo kontūro projektą? Ar liko klausimų šia tema? Prašome, dalinkitės savo nuomone ir palikite komentarus.