- Parámetros para el cálculo del circuito térmico.
- Evaluación de propiedades técnicas a la hora de elegir una tubería.
- Posibles formas de colocar el contorno.
- Método de cálculo de la tubería
- Un ejemplo específico del cálculo de la rama de calefacción.
- Conclusiones y video útil sobre el tema.
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A pesar de la complejidad de la instalación, la calefacción por suelo radiante mediante un circuito de agua se considera uno de los métodos más rentables para calentar la habitación. Para que el sistema funcione de la manera más eficiente posible y no falle, es necesario calcular correctamente las tuberías para un piso con calefacción: determine la longitud, el paso del bucle y el esquema de colocación del contorno.
De estos indicadores depende en gran medida de la comodidad de utilizar el calentamiento de agua. Estas preguntas las analizaremos en nuestro artículo: le diremos cómo elegir la mejor opción para tuberías, teniendo en cuenta las características técnicas de cada tipo. Además, después de leer este artículo, podrá elegir correctamente el paso de instalación y calcular el diámetro y la longitud requeridos del contorno del piso calefactado para una habitación en particular.
Parámetros para el cálculo del circuito térmico.
En la etapa de diseño, es necesario resolver una serie de problemas que determinan las características de diseño del piso con calefacción y el modo de operación: para elegir el grosor de la regla, la bomba y otros equipos necesarios.
Los aspectos técnicos de la organización de la rama de calefacción dependen en gran medida de su propósito. Además de la cita, para el cálculo exacto de las imágenes del circuito de agua, se necesitarán una serie de indicadores: el área del recubrimiento, la densidad del flujo de calor, la temperatura del transportador de calor, el tipo de revestimiento de piso.
Área de cobertura de tuberías
Al determinar las dimensiones de la base para el tendido de tuberías, se toma un espacio que no está abarrotado de aparatos grandes y muebles empotrados. Es necesario pensar con anticipación sobre la disposición de los objetos en la habitación.
Si el piso de agua se usa como el principal proveedor de calor, entonces su capacidad debería ser suficiente para compensar el 100% de la pérdida de calor. Si la bobina es una adición al sistema del radiador, entonces está obligada a cubrir el 30-60% del costo de calor de la habitación.
Flujo de calor y temperatura del refrigerante.
La densidad del flujo de calor es un indicador calculado que caracteriza la cantidad óptima de energía térmica para calentar una habitación. El valor depende de varios factores: la conductividad térmica de las paredes, los pisos, el área de acristalamiento, la presencia de aislamiento y la intensidad del intercambio de aire. En función del flujo de calor, se determina el paso de colocación del bucle.
La temperatura máxima del refrigerante - 60 ° C. Sin embargo, el grosor de la regla y el revestimiento del piso reducen la temperatura; de hecho, en la superficie del piso hay alrededor de 30-35 ° C. La diferencia entre los indicadores térmicos en la entrada y la salida del circuito no debe exceder los 5 ° С.
Tipo de suelo
El acabado afecta el rendimiento del sistema. La conductividad térmica óptima del azulejo y la porcelana: la superficie se calienta rápidamente. Un buen indicador de la eficiencia del circuito de agua cuando se usa laminado y linóleo sin una capa de aislamiento térmico. La conductividad térmica más baja de un revestimiento de madera.
El grado de transferencia de calor depende del material de relleno. El sistema es más efectivo cuando se usa concreto pesado con agregado natural, por ejemplo, guijarros de mar de fracción pequeña.
La solución de arena de cemento proporciona un nivel promedio de transferencia de calor cuando el refrigerante se calienta a 45 ° C. El contorno de la eficiencia disminuye significativamente cuando el dispositivo es semi-seco
Al calcular las tuberías para calefacción por suelo radiante, es necesario tener en cuenta las normas establecidas para el régimen de temperatura del revestimiento:
- 29 ° С - sala de estar;
- 33 ° С - habitaciones de alta humedad;
- 35 ° С - zonas de paso y bandas frías - secciones a lo largo de las paredes finales.
Un valor importante para determinar la densidad de colocación del circuito de agua jugará con las características climáticas de la región. Al calcular las pérdidas de calor, es necesario tener en cuenta la temperatura mínima en invierno.
Como muestra la práctica, el precalentamiento de toda la casa ayudará a reducir la carga. Tiene sentido aislar primero la habitación y luego proceder al cálculo de la pérdida de calor y los parámetros del circuito de la tubería.
Evaluación de propiedades técnicas a la hora de elegir una tubería.
Debido a las condiciones de funcionamiento no estándar, los requisitos altos se colocan en el material y tamaño de la bobina de piso de agua:
- Inercia química, resistencia a procesos corrosivos;
- la presencia de un revestimiento interno completamente liso, no propenso a la formación de acumulación de cal;
- Fuerza : en el interior, las paredes se ven constantemente afectadas por el refrigerante y por fuera la regla; El tubo debe soportar una presión de hasta 10 bar.
Es deseable que la rama de calentamiento tenga una pequeña proporción. La masa de un suelo de agua y sin ella ejerce una carga significativa en el suelo, y una tubería pesada solo exacerba la situación.
De acuerdo con SNiP en sistemas de calefacción cerrados, el uso de tuberías soldadas está prohibido, independientemente del tipo de soldadura: en espiral o recta.
Tres categorías de productos laminados para tuberías cumplen con uno u otro de los requisitos enumerados: polietileno reticulado, metal-plástico y cobre.
Opción # 1 - polietileno reticulado (PEX)
El material tiene una estructura molecular celular rica en redes. Modificado del polietileno ordinario se caracteriza por la presencia de ligamentos longitudinales y transversales. Tal estructura aumenta la gravedad específica, la resistencia mecánica y la resistencia química.
El circuito de agua hecho de tuberías PEX tiene varias ventajas:
- Alta elasticidad, permitiendo colocar la bobina con un pequeño radio de curvatura;
- Seguridad : cuando se calienta, el material no emite componentes dañinos;
- resistencia al calor : reblandecimiento - a partir de 150 ° С, derritiendo - 200 ° С, quemando - 400 ° С;
- retiene la estructura a las fluctuaciones de temperatura;
- Resistencia al daño - destructores biológicos y reactivos químicos.
La tubería conserva su capacidad de producción original, no se deposita ningún sedimento en las paredes. La vida útil estimada del circuito PEX es de 50 años.
Las desventajas del polietileno reticulado incluyen: el miedo a la luz solar, el efecto negativo del oxígeno cuando penetra dentro de la estructura, la necesidad de una fijación rígida de la bobina cuando se coloca
Hay cuatro grupos de productos:
- PEX-a - reticulación de peróxido . Consiguió la estructura más duradera y uniforme con una densidad de enlaces de hasta el 75%.
- PEX-b - reticulación de silano . La tecnología utiliza silanidos, sustancias tóxicas que no están permitidas para el uso doméstico. Los fabricantes de productos de plomería lo reemplazan con un reactivo seguro. Para instalar tuberías válidas con certificado de higiene. La densidad de reticulación es del 65-70%.
- PEX-c - método de radiación . El polietileno se irradia con rayos gamma o un electrón. Como resultado, los bonos se sellan al 60%. Desventajas PEX-c: inseguridad de uso, costuras irregulares.
- PEX-d - nitruración . La reacción para crear una rejilla procede a expensas de los radicales de nitrógeno. La salida es un material con una densidad de reticulación de aproximadamente 60-70%.
Las características de resistencia de las tuberías PEX dependen del método de reticulación del polietileno.
Si se detuvo en tuberías de polietileno reticulado, le recomendamos que se familiarice con las reglas para organizar un sistema de calefacción por suelo radiante.
Opción # 2 - metal plástico
El líder de la tubería enrollada para disponer la calefacción por suelo radiante - metal-plástico. Estructuralmente, el material incluye cinco capas.
El revestimiento interno y la cubierta exterior son de polietileno de alta densidad, lo que confiere a la tubería la suavidad y la resistencia al calor necesarias. Capa intermedia - junta de aluminio
El metal aumenta la resistencia de la línea, reduce la velocidad de expansión térmica y actúa como una barrera contra la difusión: bloquea el flujo de oxígeno al refrigerante.
Características de los tubos de metal:
- buena conductividad térmica;
- la capacidad de retener una configuración dada;
- Temperatura de trabajo con conservación de propiedades - 110 ° C;
- bajo peso específico;
- Movimiento silencioso del refrigerante;
- seguridad de uso;
- resistencia a la corrosión;
- Duración de la operación - hasta 50 años.
La falta de tuberías compuestas: la inadmisibilidad de doblarse sobre el eje. Si se gira repetidamente, existe el riesgo de dañar la capa de aluminio. Le recomendamos que se familiarice con la tecnología correcta de instalación de tuberías de metal y plástico, lo que ayudará a evitar daños.
Opción # 3 - tubos de cobre
En las características técnicas y operativas del metal amarillo será la mejor opción. Sin embargo, su demanda se limita a un alto costo.
En comparación con las tuberías sintéticas, el circuito de cobre gana en varios puntos: conductividad térmica, resistencia térmica y física, variación de flexión ilimitada, impermeabilidad absoluta a los gases.
Además del alto costo, las tuberías de cobre tienen un negativo adicional: la complejidad de la instalación. Para doblar el contorno se necesitará una máquina de prensa o doblador de tubos.
Opción # 4 - polipropileno y acero inoxidable
A veces, la rama de calentamiento está hecha de polipropileno o tubos corrugados de acero inoxidable. La primera opción es asequible, pero bastante difícil de doblar: el radio mínimo de los ocho diámetros del producto.
Esto significa que los tubos con un tamaño de 23 mm deberán colocarse a una distancia de 368 mm entre sí, ya que un mayor paso de instalación no garantizará un calentamiento uniforme.
Los tubos de acero inoxidable tienen una alta conductividad térmica y una buena flexibilidad. Desventajas: fragilidad del caucho de sellado, creación de resistencia hidráulica fuerte corrugada
Posibles formas de colocar el contorno.
Para determinar el flujo de la tubería para la disposición de un piso con calefacción, es necesario determinar la disposición del circuito de agua. La tarea principal de la planificación del diseño es garantizar un calentamiento uniforme, teniendo en cuenta las áreas frías y sin calefacción de la habitación.
Son posibles los siguientes diseños: serpiente, serpiente doble y caracol. Al elegir un esquema, es necesario tener en cuenta el tamaño, la configuración de la habitación y la ubicación de las paredes exteriores
Método # 1 - Serpiente
El refrigerante se suministra al sistema a lo largo de la pared, pasa a través de la bobina y regresa al distribuidor de distribución. En este caso, la mitad de la habitación se calienta con agua caliente y el resto se enfría.
Al colocar una serpiente es imposible lograr una uniformidad de calentamiento: la diferencia de temperatura puede alcanzar los 10 ° C. El método es aplicable en espacios estrechos.
El esquema de la serpiente de la esquina se adapta mejor si es necesario aislar al máximo la zona fría cerca de la pared final o en el pasillo.
La doble serpiente te permite lograr una transición de temperaturas más suave. Los bucles de avance y retroceso son paralelos entre sí
Método # 2 - Caracol o Espiral
Este es considerado el esquema óptimo, asegurando un calentamiento uniforme del revestimiento del piso. Las ramas hacia adelante y hacia atrás se apilan alternativamente.
Una ventaja adicional de los “depósitos” es la instalación de un circuito de calefacción con una curva suave. Este método es relevante cuando se trabaja con tuberías de flexibilidad insuficiente.
En grandes áreas implementar un esquema combinado. La superficie se divide en sectores y cada uno desarrolla un circuito separado que conduce a un colector común. En el centro de la habitación, la tubería está dispuesta por un caracol, y a lo largo de las paredes exteriores, por una serpiente.
Tenemos otro artículo en nuestro sitio web, en el cual examinamos en detalle los diagramas de cableado para colocar un piso con calefacción y brindamos recomendaciones para elegir la mejor opción según las características de una habitación en particular.
Método de cálculo de la tubería
Para no confundirse en los cálculos, proponemos dividir la solución del problema en varias etapas. En primer lugar, es necesario evaluar la pérdida de calor de la habitación, determinar el paso de colocación y luego calcular la longitud del circuito de calefacción.
Principios de construcción del esquema.
Comenzando los cálculos y creando un boceto, debe familiarizarse con las reglas básicas para la ubicación del circuito de agua:
- Es aconsejable colocar los tubos a lo largo de la abertura de la ventana, ya que esto reducirá significativamente la pérdida de calor del edificio.
- El área de cobertura recomendada de un circuito de agua es de 20 metros cuadrados. En locales grandes es necesario dividir el espacio en zonas y para que cada uno disponga una rama de calefacción separada.
- La distancia desde la pared hasta la primera rama es de 25 cm. La inclinación permitida de las vueltas de las tuberías en el centro de la habitación es de hasta 30 cm, a lo largo de los bordes y en zonas frías: 10-15 cm.
- La determinación de la longitud máxima de la tubería para calefacción por suelo radiante debe basarse en el diámetro de la bobina.
Para un contorno con una sección transversal de 16 mm, se permite un máximo de 90 m, la restricción para una tubería de 20 mm de espesor es de 120 m. El cumplimiento de las normas garantizará la presión hidráulica normal en el sistema.
La tabla muestra el flujo estimado de la tubería, dependiendo del paso del bucle. Para obtener datos actualizados, tenga en cuenta la reserva para giros y la distancia al colector.
Fórmula básica con explicaciones.
El cálculo de la longitud del contorno del suelo calentado se realiza de acuerdo con la fórmula:
L = S / n * 1.1 + k,
Donde
- L es la longitud deseada de la línea de calentamiento;
- S es el área de piso a cubrir;
- n es el paso de colocación;
- 1.1 - el factor estándar de diez por ciento de margen de flexión;
- k - distancia del colector desde el piso - se tiene en cuenta la distancia al cableado del circuito en el flujo y el flujo de retorno.
La importancia decisiva cubrirá el área de cobertura y los turnos.
Para mayor claridad, en el papel es necesario trazar un plano que indique las dimensiones exactas y marcar el paso del circuito de agua.
Debe recordarse que la colocación de tuberías de calefacción no se recomienda para electrodomésticos grandes y muebles empotrados. Los parámetros de los elementos designados se deben restar del área total.
Para encontrar la distancia óptima entre las ramas, es necesario realizar manipulaciones matemáticas más complejas en términos de pérdida de calor de la habitación.
Cálculo térmico con la definición del paso del contorno.
La densidad de colocación de las tuberías afecta directamente la cantidad de flujo de calor del sistema de calefacción. Para determinar la carga requerida, es necesario calcular los costos de calefacción en invierno.
Los costos térmicos a través de los elementos estructurales del edificio y la ventilación deben ser totalmente compensados por la energía térmica generada del circuito de agua.
La potencia del sistema de calefacción está determinada por la fórmula:
M = 1.2 * Q,
Donde
- M - rendimiento del circuito;
- Q - Pérdida total de calor de la habitación.
El valor de Q se puede descomponer en sus componentes: consumo de energía a través de la envoltura del edificio y los costos causados por el funcionamiento del sistema de ventilación. Entenderemos cómo calcular cada uno de los indicadores.
Pérdida de calor por elementos constructivos.
Es necesario determinar el consumo de energía térmica para todas las estructuras de cerramiento: paredes, techos, ventanas, puertas, etc. Fórmula de cálculo:
Q1 = (S / R) * Δt,
Donde
- S es el área del elemento;
- R es la resistencia térmica;
- Es la diferencia entre la temperatura interior y exterior.
Al determinar Δt, el indicador se usa para la época más fría del año.
La resistencia térmica se calcula de la siguiente manera:
R = A / Kt,
Donde
- Y - espesor de la capa, m;
- CT : coeficiente de conductividad térmica, W / m * K.
Para los elementos combinados de la estructura, se debe resumir la resistencia de todas las capas.
El coeficiente de conductividad térmica de los materiales de construcción y el aislamiento puede obtenerse del directorio o consultar la documentación adjunta para un producto específico.
Más valores del coeficiente de conductividad térmica para los materiales de construcción más populares, que se muestran en la tabla que figura en el siguiente artículo.
Pérdida de calor por ventilación
Para calcular el indicador, se utiliza la fórmula:
Q2 = (V * K / 3600) * C * P * Δt,
Donde
- V - volumen de la habitación, cachorro. m;
- K - tasa de cambio de aire;
- C : capacidad calorífica específica del aire, J / kg * K;
- P - densidad del aire a temperatura ambiente normal - 20 ° С.
El tipo de cambio de aire de la mayoría de las habitaciones es igual a uno. La excepción se hace en casa con una barrera de vapor interna: para mantener un microclima normal, el aire debe actualizarse dos veces por hora.
La capacidad calorífica específica es una referencia. A temperatura estándar sin presión, el valor es 1005 J / kg * K.
La tabla muestra la dependencia de la densidad del aire de la temperatura ambiente a la presión atmosférica - 1, 0132 bar (1 atm)
Pérdida de calor total
La cantidad total de pérdida de calor de la habitación será: Q = Q1 * 1.1 + Q2 . Coeficiente 1.1: un aumento del consumo de energía en un 10% debido a la infiltración del aire a través de grietas y fugas en las estructuras de los edificios.
Al multiplicar el valor obtenido por 1.2, obtenemos la potencia de calefacción de piso requerida para compensar las pérdidas de calor. Utilizando el gráfico de flujo de calor en función de la temperatura del refrigerante, puede determinar el paso y el diámetro apropiados de la tubería.
La escala vertical es el modo de temperatura promedio del circuito de agua, la horizontal es el indicador de generación de energía térmica por el sistema de calefacción por 1 metro cuadrado. m
Los datos son relevantes para pisos cálidos en una regla de cemento de arena con un grosor de 7 mm, el material de revestimiento es baldosa cerámica. Para otras condiciones, es necesario un ajuste de los valores, teniendo en cuenta la conductividad térmica del acabado.
Por ejemplo, al colocar la alfombra, el valor de la temperatura del refrigerante se debe aumentar en 4-5 ° C. Cada centímetro adicional de la regla reduce la producción de calor en un 5-8%.
Selección final de la longitud del contorno.
Conocer el paso de colocar las bobinas y el área cubierta es fácil de determinar el flujo de tuberías. Si el valor obtenido es mayor que el valor permitido, entonces es necesario equipar varios contornos.
Óptimamente, si los bucles tienen la misma longitud, no ajuste ni balancee nada. Sin embargo, en la práctica, más a menudo existe la necesidad de romper la línea de calefacción en diferentes áreas.
La dispersión de las longitudes de contorno debe permanecer en el rango de 30-40%. Dependiendo del propósito, la forma de la sala se puede "jugar" mediante el paso de bucle y los diámetros de tubería.
Un ejemplo específico del cálculo de la rama de calefacción.
Supongamos que desea determinar los parámetros del circuito térmico para una casa de 60 metros cuadrados.
Para el cálculo se necesitarán los siguientes datos y características:
- las dimensiones de la habitación: altura - 2, 7 m, longitud y anchura - 10 y 6 m, respectivamente;
- La casa tiene 5 ventanas de metal y plástico de 2 metros cuadrados cada una. m;
- Paredes externas - concreto aireado, espesor - 50 cm, Kt = 0.20 W / mK;
- aislamiento de pared adicional - espuma de 5 cm, Kt = 0.041 W / mK;
- материал потолочного перекрытия – ж/б плита, толщина – 20 см, Кт=1, 69 Вт/мК;
- утепление чердака – плиты пенополистирола толщиной 5 см;
- габариты входной двери – 0, 9*2, 05 м, теплоизоляция – пенополиуретан, слой – 10 см, Кт=0, 035 Вт/мК.
Далее рассмотрим пошаговый пример выполнения расчета.
Шаг 1 - расчет теплопотерь через конструктивные элементы
Термическое сопротивление стеновых материалов:
- газобетон: R1=0, 5/0, 20=2, 5 кв.м*К/Вт;
- пенополистирол: R2=0.05/0.041=1.22 кв.м*К/Вт.
Термосопротивление стены в целом составляет: 2, 5+1, 22=3, 57 кв. м*К/Вт. Среднюю температуру в доме принимаем за +23 °C, минимальную на улице 25 °C со знаком минус. Разница показателей – 48 °C.
Вычисление общей площади стены: S1=2, 7*10*2+2, 7*6*2=86, 4 кв. м. От полученного показателя необходимо отнять величину окон и двери: S2=86, 4-10-1, 85=74, 55 кв. m
Подставляя полученные показатели в формулу, получим стеновые теплопотери: Qc=74, 55/3, 57*48=1002 Вт
По аналогии рассчитываются тепловые издержки через окна, дверь и потолок. Для оценки энергетических потерь через чердак учитывают теплопроводность материала перекрытия и утеплителя
Итоговое термическое сопротивление потолка равно: 0, 2/1, 69+0, 05/0, 041=0, 118+1, 22=1, 338 кв. м*К/Вт. Теплопотери составят: Qп=60/1, 338*48=2152 Вт.
Чтобы подсчитать утечку тепла через окна необходимо определить средневзвешенное значение теплового сопротивления материалов: стеклопакета – 0, 5 и профиля – 0, 56 кв. м*К/Вт соответственно.
Rо=0, 56*0, 1+0, 5*0, 9=0, 56 кв.м*К/Вт. Здесь 0, 1 и 0, 9 – доля каждого материала в оконной конструкции.
Теплопотери окна: Qо=10/0, 56*48=857 Вт.
С учетом теплоизоляции двери ее тепловое сопротивление составит: Rд=0, 1/0, 035=2, 86 кв. м*К/Вт. Qд=(0, 9*2, 05)/2, 86*48=31 Вт.
Итого теплопотери через ограждающие элементы равны: 1002+2152+857+31=4042 Вт. Результат надо увеличить на 10%: 4042*1, 1=4446 Вт.
Шаг 2 - тепло на обогрев + общие теплопотери
Сначала вычислим расход тепла на обогрев поступающего воздуха. Объем помещения: 2, 7*10*6=162 куб. м. Соответственно вентиляционные теплопотери составят: (162*1/3600)*1005*1, 19*48=2583 Вт.
По данным параметрам помещения, суммарные тепловые издержки составят: Q=4446+2583=7029 Вт.
Шаг 3 - необходимая мощность теплового контура
Рассчитываем оптимальную мощность контура, необходимую для возмещения теплопотерь: N=1.2*7029=8435 Вт.
Далее: q=N/S=8435/60=141 Вт/кв.м.
Исходя из требуемой производительности системы отопления и активной площади помещения, можно определить плотность потока тепла на 1 кв. m
Шаг 4 - определение шага укладки и длины контура
Полученное значение сравниваем с графиком зависимости. Если температура теплоносителя в системе составляет 40 °C, то подойдет контур с параметрами: шаг – 100 мм, диаметр – 20 мм.
Если в магистрали циркулирует вода, разогретая до 50 °C, то интервал между ветками можно увеличить до 15 см и использовать трубу сечением 16 мм.
Считаем длину контура: L=60/0, 15*1, 1=440 м.
Отдельно необходимо учесть расстояние от коллекторов до тепловой системы.
Как видно из расчетов, для обустройства водяного пола придется делать не менее четырех петель отопления. А как правильно уложить и закрепить трубы, а также другие секреты монтажа мы рассмотрели здесь.
Conclusiones y video útil sobre el tema.
Наглядные видеообзоры помогут сделать предварительный расчет длины и шага теплового контура.
Выбор наиболее эффективного расстояния между ветками напольной системы отопления:
Пособие о том, как узнать длину петли эксплуатируемого теплого пола:
Методику расчета нельзя назвать простой. Одновременно следует учитывать множество факторов, влияющих на параметры контура. Если водяной пол планируется использовать как единственный источник тепла, то эту работу лучше доверить профессионалам – ошибки на этапе планирования могут дорого обойтись .
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