Izračun cevi za talno ogrevanje: izbira cevi po parametrih, izbira koraka polaganja + primer izračuna

Kljub zahtevnosti montaže se talno ogrevanje z vodnim krogom šteje za eno najbolj donosnih metod ogrevanja prostora. Da bi sistem deloval čim bolj učinkovito in brez napak, je treba pravilno izvesti izračun cevi za talno gretje – določiti dolžino, korak zanke in shemo polaganja kroga.

Od teh kazalnikov je v veliki meri odvisna udobnost uporabe vodnega ogrevanja. Prav ta vprašanja bomo obravnavali v našem članku – povedali vam bomo, kako izbrati optimalno možnost cevi ob upoštevanju tehničnih značilnosti vsake različice. Prav tako boste po branju tega članka lahko pravilno izbrali korak polaganja in izračunali potreben premer in dolžino kroga talnega gretja za določen prostor.

Parametri za izračun toplotnega kroga

V fazi načrtovanja je treba rešiti vrsto vprašanj, ki določajo konstrukcijske značilnosti talnega gretja in način obratovanja – izbrati debelino estriha, črpalko in drugo potrebno opremo.

Tehnični vidiki organizacije ogrevalne veje so v veliki meri odvisni od njenega namena. Poleg namena bo za natančen izračun dolžine vodnega kroga potrebnih več kazalnikov: površina pokritosti, gostota toplotnega toka, temperatura ogrevalnega medija, vrsta talne obloge.

Površina, prekrita s cevmi

Pri določanju dimenzij podlage za polaganje cevi se upošteva prostor, ki ni zaseden z veliko opremo in vgrajenim pohištvom. Treba je vnaprej premisliti o razporeditvi predmetov v prostoru.

Če se vodno talno ogrevanje uporablja kot glavni vir toplote, mora njegova moč zadostovati za pokritje 100% toplotnih izgub. Če je tuljava dodatek k radiatornemu sistemu, mora pokrivati 30-60% stroškov toplotne energije prostora.

Toplotni tok in temperatura ogrevalnega medija

Gostota toplotnega toka – je izračunani kazalnik, ki označuje optimalno količino toplotne energije za ogrevanje prostora. Vrednost je odvisna od več dejavnikov: toplotne prevodnosti sten, stropov, površine zasteklitve, prisotnosti izolacije in intenzivnosti izmenjave zraka. Na podlagi toplotnega toka se določi korak polaganja zanke.

Najvišji kazalnik temperature toplotnega nosilca je 60 °C. Vendar debelina estriha in talna obloga znižata temperaturo – dejansko je na površini tal približno 30-35 °C. Razlika med temperaturnima kazalnikoma na vstopu in izstopu kroga ne sme presegati 5 °C.

Vrsta talne obloge

Končna obdelava vpliva na učinkovitost sistema. Optimalno toplotno prevodnost imata keramična ploščica in granit – površina se hitro segreje. Dober izkoristek vodnega kroga ima pri uporabi laminata in linoleja brez toplotnoizolacijskega sloja. Najmanjšo toplotno prevodnost ima lesena obloga.

Stopnja toplotne oddaje je odvisna tudi od materiala zalivke. Sistem je najbolj učinkovit pri uporabi težkega betona z naravnim polnilom, na primer z morskim prodcem drobne frakcije.

Cementno-peščena malta zagotavlja srednjo raven toplotne oddaje pri segrevanju toplotnega nosilca do 45 °C. Izkoristek kroga znatno pade pri izvedbi polsuhega estriha.

Pri izračunu cevi za talno ogrevanje je treba upoštevati uveljavljene norme temperaturnega režima obloge:

• 29 °C – bivalni prostor;
• 33 °C – prostori s povečano vlažnostjo;
• 35 °C – prehodne cone in pasovi mraza – območja ob čelnih stenah.

Pomembno vlogo pri določanju gostote polaganja vodnega kroga imajo podnebne značilnosti regije. Pri izračunu toplotnih izgub je treba upoštevati najnižjo temperaturo pozimi.

Kot kaže praksa, lahko obremenitev zmanjša predhodna izolacija celotne hiše. Smiselno je najprej toplotno izolirati prostor, nato pa začeti z izračunom toplotnih izgub in parametrov cevnega kroga.

Ocena tehničnih lastnosti pri izbiri cevi

Zaradi nestandardnih pogojev delovanja so za material in tipsko velikost tuljave vodnega talnega ogrevanja postavljene visoke zahteve:

• kemična inertnost, odpornost proti korozijskim procesom;
• prisotnost popolnoma gladkega notranjega premaza, ki ni nagnjen k nastajanju apnenčastih oblog;
• trdnost – z notranje strani na stene nenehno vpliva toplotni nosilec, z zunanje pa estrih; cev mora vzdržati tlak do 10 Bar.

Priporočljivo je, da ima ogrevalna veja majhno specifično težo. Sestava vodnega talnega ogrevanja že tako močno obremenjuje strop, težek cevovod pa to le še poslabša.

V skladu s SNiP je v zaprtih ogrevalnih sistemih prepovedana uporaba varjenih cevi ne glede na vrsto šiva: spiralnega ali ravnega.

Naštetim zahtevam v določeni meri ustrezajo tri kategorije cevnih izdelkov: zamrežen polietilen, kovinsko-plastične cevi, baker.

Možnost št. 1 – zamreženi polietilen (PEX)

Material ima mrežasto široko razvejano strukturo molekularnih vezi. Od navadnega polietilena se modificirani razlikuje po prisotnosti tako vzdolžnih kot prečnih vezi. Takšna struktura poveča specifično težo, mehansko trdnost in kemično odpornost.

Vodni krog iz PEX-cevovodov ima vrsto prednosti:

• visoka elastičnost, ki omogoča polaganje spiral z majhnim radijem upogiba;
• varnost – pri segrevanju material ne sprošča škodljivih sestavin;
• termična odpornost: mehčanje – od 150 °C, taljenje – 200 °C, gorenje – 400 °C;
• ohranja strukturo pri temperaturnih nihanjih;
• odpornost na poškodbe – biološke uničevalce in kemične reagente.

Cevovod ohranja prvotno pretočno zmogljivost – na stenah se ne useda usedlina. Okvirna življenjska doba PEX-kroga je 50 let.

K slabostim zamreženega polietilena lahko prištejemo: občutljivost na sončno svetlobo, negativen vpliv kisika pri njegovem prodiranju v notranjost strukture, potrebo po trdi fiksaciji spirale med polaganjem.

Razlikujemo štiri skupine izdelkov:

1. PEX-a – peroksidno zamreženje. Dosežena je najbolj trdna in enakomerna struktura z gostoto vezi do 75%.
2. PEX-b – silansko zamreženje. V tehnologiji se uporabljajo silanidi – strupene snovi, ki niso dovoljene za gospodinjsko uporabo. Proizvajalci vodovodnih izdelkov ga nadomestijo z varnim reagentom. Za vgradnjo so dovoljene cevi s higienskim certifikatom. Gostota zamreženja je 65–70%.
3. PEX-c – radiacijska metoda. Polietilen se obseva s tokom gama žarkov ali elektronov. Posledično se vezi zgostijo do 60%. Slabosti PEX-c: nevarnost uporabe, neenakomernost zamreženja.
4. PEX-d – azotiranje. Reakcija za ustvarjanje mreže poteka s pomočjo dušikovih radikalov. Na koncu dobimo material z gostoto zamreženja okoli 60–70%.

Trdnostne lastnosti PEX-cevi so odvisne od metode zamreženja polietilena.

Če ste se odločili za cevi iz zamreženega polietilena, priporočamo, da se seznanite s pravili vgradnje sistema talnega ogrevanja iz njih.

Možnost št. 2 – kovinsko-plastične cevi

Metaloplastika je vodilna cev za talno ogrevanje. Material je strukturno sestavljen iz petih plasti.

Notranji premaz in zunanja lupina sta iz polietilena visoke gostote, kar daje cevi potrebno gladkost in toplotno odpornost. Vmesni sloj je aluminijasta podloga.

Kovina povečuje trdnost cevovoda, zmanjšuje temperaturno raztezanje in deluje kot antidifuzijska pregrada – preprečuje dostop kisika do toplotnega nosilca.

Značilnosti metaloplastičnih cevi:

• dobra toplotna prevodnost;
• sposobnost ohranjanja dane oblike;
• delovna temperatura z ohranjanjem lastnosti – 110 °C;
• majhna specifična teža;
• brezšumno premikanje toplotnega nosilca;
• varnost uporabe;
• odpornost proti koroziji;
• življenjska doba – do 50 let.

Pomanjkljivost kompozitnih cevi je nedopustnost upogibanja glede na os. Pri večkratnem zvijanju obstaja tveganje poškodbe aluminijastega vložka. Priporočamo, da se seznanite s pravilno tehnologijo montaže metaloplastičnih cevi, kar bo pomagalo preprečiti poškodbe.

Možnost št. 3 – bakrene cevi

Po tehničnih in obratovalnih lastnostih je baker najboljša izbira. Vendar je njegova priljubljenost omejena zaradi visoke cene.

V primerjavi s sintetičnimi cevovodi bakren krog zmaguje na več področjih: toplotna prevodnost, toplotna in fizična trdnost, neomejena možnost upogibanja, popolna neprepustnost za pline.

Poleg visoke cene ima bakren cevovod še eno pomanjkljivost – zahtevnost montaže. Za upogibanje kroga je potrebna stiskalnica ali upogibalka cevi.

Možnost št. 4 – polipropilen in nerjavno jeklo

Včasih ogrevalni krog izdelajo iz polipropilenskih ali nerjavnih valovitih cevi. Prva možnost je cenovno dostopna, a precej toga pri upogibanju – minimalni polmer je osem premerov cevi.

To pomeni, da je treba cevi velikosti 23 mm polagati na medsebojni razdalji 368 mm – povečan korak polaganja ne zagotavlja enakomernega ogrevanja.

Cevi iz nerjavnega jekla imajo visoko toplotno prevodnost in dobro prožnost. Slabosti: kratka življenjska doba tesnilnih gumic, valovitost povzroča močan hidravlični upor.

Možni načini polaganja kroga

Za določitev porabe cevi pri vgradnji talnega ogrevanja je treba izbrati shemo postavitve vodnega kroga. Glavni namen načrtovanja razporeditve je zagotoviti enakomerno ogrevanje ob upoštevanju hladnih in neogrevanih con prostora.

Možne so naslednje možnosti razporeditve: kača, dvojna kača in polž. Pri izbiri sheme je treba upoštevati velikosti, konfiguracijo prostora in lokacijo zunanjih sten.

Način št. 1 – kača

Toplotni nosilec se dovaja v sistem vzdolž stene, poteka skozi kačo in se vrača do razdelilnega kolektorja. V tem primeru se polovica prostora ogreva z vročo vodo, preostanek pa z ohlajeno.

Pri polaganju v obliki kače ni mogoče doseči enakomernosti ogrevanja – temperaturna razlika lahko doseže 10 °C. Metoda je uporabna v ozkih prostorih.

Shema kotne kače je optimalna, če je treba maksimalno izolirati hladno območje ob končni steni ali v predsobi.

Dvojna kača omogoča doseganje blažjega temperaturnega prehoda. Direktni in povratni krog potekata vzporedno drug z drugim.

Način št. 2 – polž ali spirala

To velja za optimalno shemo, ki zagotavlja enakomernost segrevanja talne obloge. Direktne in povratne veje se polagajo izmenično.

Dodatna prednost »polža« je namestitev ogrevalnega kroga z gladkim zavojem upogiba. Ta način je aktualen pri delu s cevmi nezadostne prožnosti.

Na velikih površinah se izvaja kombinirana shema. Površino razdelijo na sektorje in za vsakega razvijejo ločen krog, ki vodi do skupnega kolektorja. V središču prostora je cevovod položen v obliki polža, ob zunanjih stenah pa v obliki kače.

Na naši spletni strani je drug članek, v katerem smo podrobno obravnavali montažne sheme polaganja talnega ogrevanja in podali priporočila za izbiro optimalne možnosti glede na značilnosti posameznega prostora.

Metodologija izračuna cevi

Da se ne bi zapletli v izračunih, predlagamo, da rešitev vprašanja razdelimo na več stopenj. Najprej je treba oceniti toplotne izgube prostora, določiti korak polaganja, nato pa izračunati dolžino ogrevalnega kroga.

Načela izdelave sheme

Ko začnete z izračuni in izdelavo skice, se je treba seznaniti z osnovnimi pravili postavitve vodnega kroga:

1. Priporočljivo je polagati cevi vzdolž okenske odprtine – to bo znatno zmanjšalo toplotne izgube stavbe.
2. Priporočena površina pokritosti z enim vodnim krogom je 20 m². V večjih prostorih je treba prostor razdeliti na cone in za vsako položiti ločeno ogrevalno vejo.
3. Razdalja od stene do prve veje je 25 cm. Dovoljen korak zavojev cevi v središču prostora je do 30 cm, na robovih in v hladnih conah pa 10–15 cm.
4. Določanje največje dolžine cevi za talno ogrevanje mora temeljiti na premeru spiralne cevi.

Za krog s premerom 16 mm je dovoljeno največ 90 m, omejitev za cevovod debeline 20 mm pa je 120 m. Upoštevanje normativov zagotavlja normalen hidravlični tlak v sistemu.

V tabeli je navedena okvirna poraba cevi, odvisno od koraka zanke. Za natančnejše podatke je treba upoštevati zalogo za zavoje in razdaljo do razdelilca.

Osnovna formula s pojasnili

Izračun dolžine kroga talnega ogrevanja se izvede po formuli:

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

Kjer je:

• L – iskana dolžina ogrevalnega voda;
• S – pokrita površina tal;
• n – korak polaganja;
• 1,1 – standardni koeficient desetodstotne rezerve za upogibe;
• k – oddaljenost razdelilca od tal – upoštevata se razdalji do razvoda kroga na dovodu in povratku.

Odločilno vlogo imata površina pokritja in korak zavojev.

Za nazornost je treba na papirju izdelati načrt prostora z natančnimi merami in označiti potek vodnega kroga.

Ne smemo pozabiti, da namestitev ogrevalnih cevi pod velikimi gospodinjskimi aparati in vgradnim pohištvom ni priporočljiva. Parametre navedenih predmetov je treba odšteti od skupne površine.

Za izbiro optimalne razdalje med vejami je treba izvesti bolj zapletene matematične manipulacije, ki upoštevajo toplotne izgube prostora.

Toplotnotehnični izračun z določitvijo koraka kroga

Gostota namestitve cevi neposredno vpliva na velikost toplotnega toka, ki izhaja iz ogrevalnega sistema. Za določitev potrebne obremenitve je treba izračunati toplotne izgube pozimi.

Toplotne izgube skozi konstrukcijske elemente stavbe in prezračevanje morajo biti v celoti kompenzirane s proizvedeno toplotno energijo vodnega kroga.

Moč ogrevalnega sistema se določi po formuli:

M=1,2*Q,

Kjer je:

• M – zmogljivost kroga;
• Q – skupne toplotne izgube prostora.

Vrednost Q lahko razdelimo na sestavne dele: porabo energije skozi ovojne konstrukcije in izgube, ki jih povzroča delovanje prezračevalnega sistema. Poglejmo, kako izračunati vsakega od kazalnikov.

Toplotne izgube skozi elemente stavbe

Treba je določiti porabo toplotne energije za vse ovojne konstrukcije: stene, strop, okna, vrata itd. Formula za izračun:

Q1=(S/R)*Δt

Kjer je:

• S – površina elementa;
• R – toplotna upornost;
• Δt – razlika med notranjo in zunanjo temperaturo;

Pri določanju Δt se uporablja vrednost za najhladnejši letni čas.

Toplotna upornost se izračuna na naslednji način:

R=A/Kt,

Kjer je:

• A – debelina plasti, m;
• Kt – koeficient toplotne prevodnosti, W/m*K;

Pri kombiniranih elementih gradnje je treba sešteti upornosti vseh plasti.

Koeficient toplotne prevodnosti gradbenih materialov in izolacijskih materialov lahko vzamete iz priročnika ali pa ga najdete v spremni dokumentaciji posameznega izdelka.

Več vrednosti koeficienta toplotne prevodnosti za najbolj priljubljene gradbene materiale smo navedli v tabeli, ki se nahaja v naslednjem članku.

Prezračevalne toplotne izgube

Za izračun kazalnika se uporablja formula:

Q2=(V*K/3600)*C*P*Δt,

Kjer je:

• V – prostornina prostora, m³;
• K – stopnja izmenjave zraka;
• C – specifična toplotna kapaciteta zraka, J/(kg·K);
• P – gostota zraka pri normalni sobni temperaturi – 20 °C;

Stopnja izmenjave zraka v večini prostorov je enaka ena. Izjema so hiše z notranjo parno zaporo – za vzdrževanje normalne mikroklime je treba zrak obnavljati dvakrat na uro.

Specifična toplotna kapaciteta je referenčna vrednost. Pri standardni temperaturi brez tlaka znaša 1005 J/(kg·K).

V tabeli je prikazana odvisnost gostote zraka od temperature okolice pri atmosferskem tlaku – 1,0132 bara (1 atm).

Skupne toplotne izgube

Končna količina toplotnih izgub prostora bo enaka: Q=Q1*1,1+Q2. Koeficient 1,1 predstavlja povečanje porabe energije za 10 % zaradi infiltracije zraka skozi reže in netesnosti gradbenih konstrukcij.

Če dobljeno vrednost pomnožimo z 1,2, dobimo zahtevano moč talnega ogrevanja za nadomestitev toplotnih izgub. Z uporabo grafa odvisnosti toplotnega toka od temperature ogrevalnega medija lahko določite ustrezen razmak in premer cevi.

Navpična lestvica – povprečni temperaturni režim vodnega kroga, vodoravna – kazalnik proizvodnje toplotne energije ogrevalnega sistema na 1 m²

Podatki veljajo za talno ogrevanje na peščeno-cementnem estrihu debeline 7 mm, material obloge – keramične ploščice. Za druge pogoje je potrebna prilagoditev vrednosti ob upoštevanju toplotne prevodnosti zaključne obdelave.

Na primer, pri polaganju preproge je treba temperaturo hladilnega sredstva dvigniti za 4-5 °C. Vsak dodatni centimeter estriha zmanjša oddajanje toplote za 5-8%.

Končna izbira dolžine kroga

Če poznamo korak polaganja zank in površino, ki jo pokrivajo, ni težko določiti porabe cevi. Če je dobljena vrednost večja od dovoljene, je treba vzpostaviti več zank.

Optimalno je, če imajo zanke enako dolžino – ni treba ničesar nastavljati ali uravnotežiti. V praksi pa pogosto nastane potreba po razdelitvi ogrevalnega voda na različne odseke.

Razpon dolžin zank naj ostane v mejah 30-40%. Glede na namen in obliko prostora lahko »igramo« s korakom zanke in premerom cevi.

Konkreten primer izračuna ogrevalne veje

Predpostavimo, da je treba določiti parametre toplotne zanke za hišo s površino 60 kvadratnih metrov.

Za izračun bodo potrebni naslednji podatki in značilnosti:

• mere prostora: višina – 2,7 m, dolžina in širina – 10 in 6 m;
• v hiši je 5 kovinsko-plastičnih oken po 2 m²;
• zunanje stene – gazbeton, debelina – 50 cm, Kt=0,20 W/mK;
• dodatna izolacija sten – stiropor 5 cm, Kt=0,041 W/mK;
• material stropne konstrukcije – armiranobetonska plošča, debelina – 20 cm, Kt=1,69 W/mK;
• izolacija podstrešja – plošče iz ekspandiranega polistirena debeline 5 cm;
• mere vhodnih vrat – 0,9*2,05 m, toplotna izolacija – poliuretanska pena, plast – 10 cm, Kt=0,035 W/mK.

Nato si oglejmo postopen primer izvedbe izračuna.

Korak 1 – izračun toplotnih izgub skozi konstrukcijske elemente

Toplotna upornost stenskih materialov:

• gazbeton: R1=0,5/0,20=2,5 m²*K/W;
• ekspandirani polistiren: R2=0.05/0.041=1.22 m²*K/W.

Toplotna upornost stene v celoti znaša: 2,5+1,22=3,57 m²*K/W. Povprečno temperaturo v hiši privzamemo za +23 °C, minimalno zunaj –25 °C. Razlika kazalnikov je 48 °C.

Izračun celotne površine stene: S1=2,7*10*2+2,7*6*2=86,4 m². Od dobljene vrednosti je treba odšteti površino oken in vrat: S2=86,4-10-1,85=74,55 m².

Z vstavljanjem dobljenih vrednosti v formulo dobimo toplotne izgube skozi stene: Qc=74,55/3,57*48=1002 W.

Po analogiji se izračunajo toplotne izgube skozi okna, vrata in strop. Za oceno energetskih izgub skozi podstrešje se upošteva toplotna prevodnost materiala stropa in izolacije.

Končna toplotna upornost stropa je: 0,2/1,69+0,05/0,041=0,118+1,22=1,338 m²*K/W. Toplotne izgube bodo: Qp=60/1,338*48=2152 W.

Da bi izračunali uhajanje toplote skozi okna, je treba določiti tehtano povprečje toplotne upornosti materialov: zasteklitve – 0,5 in profila – 0,56 m²*K/W.

Ro=0,56*0,1+0,5*0,9=0,56 m²·K/W. Tukaj sta 0,1 in 0,9 deleža vsakega materiala v okenski konstrukciji.

Toplotne izgube okna: Qo=10/0,56*48=857 W.

Z upoštevanjem toplotne izolacije vrat bo njihov toplotni upor: Rd=0,1/0,035=2,86 m²·K/W. Qd=(0,9*2,05)/2,86*48=31 W.

Skupne toplotne izgube skozi ovojne elemente so: 1002+2152+857+31=4042 W. Rezultat je treba povečati za 10%: 4042*1,1=4446 W.

Korak 2 – toplota za ogrevanje + skupne toplotne izgube

Najprej izračunajmo porabo toplote za ogrevanje dovodnega zraka. Prostornina prostora: 2,7*10*6=162 m³. V skladu s tem bodo prezračevalne toplotne izgube: (162*1/3600)*1005*1,19*48=2583 W.

Glede na podane parametre prostora bodo skupni toplotni stroški: Q=4446+2583=7029 W.

Korak 3 – potrebna moč toplotnega kroga

Izračunamo optimalno moč kroga, potrebno za nadomestitev toplotnih izgub: N=1.2*7029=8435 W.

Nato: q=N/S=8435/60=141 W/m².

Na podlagi zahtevane zmogljivosti ogrevalnega sistema in aktivne površine prostora lahko določimo gostoto toplotnega toka na 1 m²

Korak 4 – določitev koraka polaganja in dolžine kroga

Dobljeno vrednost primerjamo z grafom odvisnosti. Če je temperatura nosilca toplote v sistemu 40 °C, bo primeren krog s parametri: korak – 100 mm, premer – 20 mm.

Če v glavnem vodu kroži voda, segreta na 50 °C, lahko interval med vejami povečamo na 15 cm in uporabimo cev preseka 16 mm.

Izračunamo dolžino kroga: L=60/0,15*1,1=440 m.

Ločeno je treba upoštevati razdaljo od kolektorjev do toplotnega sistema.

Kot je razvidno iz izračunov, bo za ureditev vodnega talnega ogrevanja treba narediti vsaj štiri ogrevalne zanke. Kako pravilno položiti in pritrditi cevi ter druge skrivnosti montaže smo obravnavali tukaj.

Zaključki in koristen video na to temo

Nazorni video pregledi bodo pomagali narediti predhodni izračun dolžine in koraka toplotnega kroga.

Izbira najučinkovitejše razdalje med vejami talnega ogrevalnega sistema:

Priročnik o tem, kako ugotoviti dolžino zanke obstoječega talnega ogrevanja:

Metodologije izračuna ne moremo imenovati preprosto. Hkrati je treba upoštevati številne dejavnike, ki vplivajo na parametre kroga. Če se načrtuje uporaba vodnega talnega ogrevanja kot edinega vira toplote, je to delo bolje zaupati strokovnjakom – napake v fazi načrtovanja so lahko drage.

Ali sami izračunavate potreben metraž cevi za talno ogrevanje in njihov optimalni premer? Morda imate vi vprašanja, ki jih v tem gradivu nismo obravnavali? Zastavite jih našim strokovnjakom v bloku komentarjev.

Če se specializirate za izračun cevi za ureditev vodnega talnega ogrevanja in imate kaj dodati k zgoraj navedenemu gradivu, napišite, prosimo, svoje pripombe spodaj pod člankom.