Kako narediti izračun talnega ogrevanja na primeru vodnega sistema

Na učinkovitost talnega ogrevanja vpliva veliko dejavnikov. Brez njihovega upoštevanja, tudi če je sistem pravilno nameščen in so za njegovo izdelavo uporabljeni najsodobnejši materiali, dejanska toplotna učinkovitost ne bo upravičila pričakovanj.

Zato mora montažnim delom nujno predhoditi pravilen izračun talnega ogrevanja in le tako je mogoče zagotoviti dober rezultat.

Razvoj projekta ogrevalnega sistema ni poceni, zato mnogi domači mojstri izračune opravijo sami. Strinjate se, da se zdi ideja o zmanjšanju stroškov za ureditev talnega ogrevanja zelo mamljiva.

Svetovali vam bomo, kako ustvariti projekt, katere kriterije upoštevati pri izbiri parametrov ogrevalnega sistema, in opisali postopno metodiko izračuna. Za ponazoritev smo pripravili primer izračuna talnega ogrevanja.

Izhodiščni podatki za izračun

Pravilno načrtovan potek projektnih in montažnih del vas bo že v začetku rešil presenečenj in neprijetnih težav v prihodnosti.

Pri izračunu talnega ogrevanja je treba izhajati iz naslednjih podatkov:

• materiala sten in značilnosti njihove konstrukcije;
• dimenzij prostora v tlorisu;
• vrste končnega tlaka;
• konstrukcije vrat, oken in njihove namestitve;
• razporeditve elementov konstrukcije v tlorisu.

Za izvedbo pravilnega načrtovanja je potrebno obvezno upoštevanje določenega temperaturnega režima in možnosti njegovega uravnavanja.

Za grob izračun se privzame, da mora 1 m² ogrevalnega sistema nadomestiti toplotne izgube v višini 1 kW. Če se vodni ogrevalni krog uporablja kot dodatek k glavnemu sistemu, mora pokriti le del toplotnih izgub.

Obstajajo priporočila glede temperature tal, ki zagotavlja udobno bivanje v prostorih različnih namembnosti:

• 29°C — bivalni prostor;
• 33°C — kopalnica, prostori z bazenom in drugi z visoko stopnjo vlažnosti;
• 35°C — hladni pasovi (ob vhodnih vratih, zunanjih stenah ipd.).

Preseganje teh vrednosti povzroči pregrevanje tako sistema samega kot končnega tlaka, kar posledično neizogibno poškoduje material.

Po opravljenih predhodnih izračunih lahko izberete optimalno temperaturo hladilnega sredstva glede na osebne občutke, določite obremenitev ogrevalnega kroga in kupite črpalno opremo, ki brezhibno spodbuja gibanje hladilnega sredstva. Izbira se z rezervo 20 % pretoka hladilnega sredstva.

Veliko časa porabimo za segrevanje estriha debeline več kot 7 cm. Zato pri namestitvi vodnih sistemov skušamo ne preseči navedene meje. Najprimernejši pokrov za vodna tla je talna keramika; pod parket zaradi njegove izjemno nizke toplotne prevodnosti talnega ogrevanja ne polagajo.

V fazi načrtovanja je treba odločiti, ali bo talno ogrevanje glavni vir toplote ali pa bo uporabljeno le kot dodatek k radiatorskemu ogrevalnemu krogu. Od tega je odvisen delež toplotnih izgub, ki jih bo moralo nadomestiti. Ta lahko znaša od 30 % do 60 % z odstopanji.

Čas segrevanja vodnega talnega ogrevanja je odvisen od debeline elementov, vključenih v estrih. Voda kot hladilno sredstvo je zelo učinkovita, vendar pa je sam sistem težaven za montažo.

Določitev parametrov talnega ogrevanja

Namen izračuna je pridobitev vrednosti toplotne obremenitve. Rezultat tega izračuna vpliva na nadaljnje korake. Na toplotno obremenitev pa vpliva povprečna zimska temperatura v določeni regiji, predvidena temperatura v prostorih, koeficient toplotnega prehoda stropa, sten, oken in vrat.

Vzrok za toplotne izgube so slabo izolirane stene, okna in vrata hiše. Največji odstotek toplote uhaja skozi prezračevalni sistem in streho (+).

Končni rezultat izračunov pred namestitvijo talnega ogrevanja vodnega tipa bo odvisen tudi od prisotnosti dodatnih grelnih naprav, vključno s toplotnim sevanjem ljudi, ki živijo v hiši, in hišnih ljubljenčkov. Pri izračunu je treba obvezno upoštevati prisotnost infiltracije.

Eden od pomembnih parametrov je razporeditev prostorov, zato bodo potrebni tloris hiše in ustrezni prerezi.

Metodika izračuna toplotnih izgub

Ko določite ta parameter, boste izvedeli, koliko toplote mora proizvajati talno gretje za udobno počutje ljudi v prostoru, in boste lahko izbrali kotel, črpalko in talno gretje po moči. Z drugimi besedami: toplota, ki jo oddajajo ogrevalni krogi, mora nadomestiti toplotne izgube stavbe.

Povezavo med tema dvema parametroma izraža formula:

Mp = 1,2 × Q, kjer je

• Mp – zahtevana moč ogrevalnih krogov;
• Q – toplotne izgube.

Za določitev drugega kazalnika se izvedejo meritve in izračuni površin oken, vrat, stropov in zunanjih sten. Ker bodo tla ogrevana, se površina te gradbene konstrukcije ne upošteva. Meritve se opravijo na zunanji strani, vključno z vogali stavbe.

Pri izračunu se upoštevata tako debelina kot koeficient toplotne prevodnosti vsake konstrukcije. Standardne vrednosti koeficienta toplotne prevodnosti (λ) za najpogosteje uporabljene materiale lahko vzamete iz tabele.

Iz tabele lahko za izračun vzamete vrednost koeficienta. Pomembno je, da pri dobavitelju preverite vrednost toplotne upornosti materiala v primeru vgradnje kovinsko-plastičnih oken (+).

Toplotne izgube se izračunajo posebej za vsak element stavbe po formuli:

Q = 1/R × (tv − tn) × S × (1 + ∑b), kjer je

• R – toplotna upornost materiala, iz katerega je izdelana konstrukcija;
• S – površina konstrukcijskega elementa;
• tv in tn – notranja in zunanja temperatura, pri čemer se za zunanjo temperaturo upošteva najnižja vrednost;
• b – dodatne toplotne izgube, povezane z orientacijo stavbe glede na strani neba;

Vrednost toplotne upornosti (R) se izračuna tako, da se debelina konstrukcije deli s koeficientom toplotne prevodnosti materiala, iz katerega je izdelana.

Vrednost koeficienta b je odvisna od orientacije hiše:

• 0,1 – sever, severozahod ali severovzhod;
• 0,05 – zahod, jugovzhod;
• 0 – jug, jugozahod.

Če zadevo preučimo na katerem koli primeru izračuna vodnega talnega gretja, postane bolj razumljiva.

Konkreten primer izračuna

Recimo, da so stene hiše za občasno bivanje, debeline 20 cm, izdelane iz porobetonskih blokov. Skupna površina zunanjih sten, brez okenskih in vratnih odprtin, je 60 m². Zunanja temperatura je –25 °C, notranja pa +20 °C, konstrukcija je orientirana proti jugovzhodu.

Ob upoštevanju, da je koeficient toplotne prevodnosti blokov λ = 0,3 W/(m·°C), lahko izračunate toplotne izgube skozi stene: R = 0,2/0,3 = 0,67 m²°C/W.

Ugotovimo izgube toplote tudi skozi plast ometa. Če je njegova debelina 20 mm, potem je Romet = 0,02/0,3 = 0,07 m²°C/W. Vsota teh dveh kazalnikov bo dala vrednost toplotnih izgub skozi stene: 0,67+0,07 = 0,74 m²°C/W.

Če imamo vse začetne podatke, jih vstavimo v formulo in dobimo toplotne izgube prostora s takšnimi stenami: Q = 1/0,74*(20 — (-25)) *60*(1+0,05) = 3831,08 W.

Na enak način izračunamo toplotne izgube skozi preostale ograjne konstrukcije: okna, vratne odprtine, streho.

Toplote, ki jo oddajajo ogrevalni krogi, morda ne bo dovolj za segrevanje zraka v hiši do želene vrednosti, če je njihova moč prenizka. Pri previsoki moči bo prišlo do prekomerne porabe toplotnega nosilca.

Za določitev toplotnih izgub skozi strop vzamemo njegovo toplotno upornost enako vrednosti za načrtovano ali obstoječo vrsto izolacije: R = 0,18/0,041 = 4,39 m²°C / W.

Površina stropa je enaka površini tal in znaša 70 m². Če te vrednosti vstavimo v formulo, dobimo toplotne izgube skozi zgornjo ograjno konstrukcijo: Qpot. = 1/4,39*(20 — (-25))* 70* (1+0,05) = 753,42 W.

Za določitev toplotnih izgub skozi površino oken je treba izračunati njihovo površino. Če so na voljo 4 okna širine 1,5 m in višine 1,4 m, bo njihova skupna površina: 4*1,5*1,4 = 8,4 m².

Če proizvajalec navaja ločeno toplotno upornost za zasteklitev in profil — 0,5 in 0,56 m²°C/W, potem je Rokon = 0,5*90+0,56*10)/100 = 0,56 m²°C/W. Tu sta 90 in 10 deleža, ki pripadata vsakemu elementu okna.

Na podlagi pridobljenih podatkov nadaljujemo z nadaljnjimi izračuni: Qokon = 1/0,56*(20 — (-25))*8,4*(1+0,05) = 708,75 W.

Zunanja vrata imajo površino 0,95*2,04 = 1,938 m². Potem je Rdv. = 0,06/0,14 = 0,43 m²°C/W. Qdv. = 1/0,43*(20 — (-25))* 1,938*(1+0,05) = 212,95 W.

Ker se zunanja vrata pogosto odpirajo, se skozi njih izgubi velika količina toplote. Zato je pomembno zagotoviti njihovo tesno zapiranje.

Končno toplotne izgube znašajo: Q = 3831,08 +753,42 + 708,75 + 212,95 + 7406,25 = W.

Temu rezultatu dodamo še 10 % za infiltracijo zraka, potem je Q = 7406,25+740,6 = 8146,85 W.

Zdaj lahko določimo tudi toplotno moč tal: Mp = 1,*8146,85 = 9776,22 W ali 9,8 kW.

Potrebna toplota za ogrevanje zraka

Če je hiša opremljena s prezračevalnim sistemom, mora del toplote, ki jo oddaja vir, porabiti za segrevanje zraka, ki prihaja od zunaj.

Za izračun uporabimo formulo:

Qv. = c*m*(tv—tn), kjer

• c = 0,28 kg°C in pomeni toplotno kapaciteto zračne mase;
• m simbol označuje masni pretok zunanjega zraka v kg.

Pridobite zadnji parameter tako, da pomnožite skupno prostornino zraka, ki je enaka prostornini vseh prostorov ob pogoju, da se zrak obnavlja vsako uro, z gostoto, ki se spreminja glede na temperaturo.

Na grafikonu je prikazana odvisnost gostote zraka od njegove temperature. Podatki so potrebni za izračun količine toplote, ki je potrebna za segrevanje zračne mase, ki vstopa v hišo zaradi prisilnega prezračevanja (+)

Če v stavbo vstopa 400 m³/h, potem m=400*1,422 = 568,8 kg/h. Qv = 0,28*568,8*45 = 7166,88 W.

V tem primeru se bo potrebna toplotna moč tal znatno povečala.

Izračun potrebnega števila cevi

Za ureditev tal z vodnim ogrevanjem izberete različne načine polaganja cevi, ki se razlikujejo po obliki: kača treh vrst – navadna kača, kotna, dvojna in polž. V enem montiranem krogu se lahko pojavi kombinacija različnih oblik. Včasih za osrednjo cono tal izberete »polža«, za robove pa eno od vrst »kače«.

»Polž« je racionalna izbira za prostorna prostore s preprosto geometrijo. V močno podolgovate prostore ali prostore z zapletenimi obrisi je bolje uporabiti »kačo« (+)

Razdaljo med cevmi imenujemo razmak. Pri izbiri tega parametra morate zadostiti dvema zahtevama: stopalo ne sme čutiti razlike temperature na posameznih conah tal, cevi pa je treba uporabljati čim bolj učinkovito.

Za robne cone tal priporočajo uporabo razmaka 100 mm. Na preostalih območjih lahko izberete razmak v razponu od 150 do 300 mm.

Pomemben pomen ima toplotna izolacija tal. V pritličju mora njena debelina znašati vsaj 100 mm. V ta namen uporabljajo mineralno volno ali ekstrudirani polistiren.

Za izračun dolžine cevi obstaja preprosta formula:

L = S/N*1,1, kjer

• S – površina zanke;
• N – razmak polaganja;
• 1,1 – rezerva za ovinke 10%.

Končni vrednosti dodajo odsek cevi, ki je položen od razdelilca do razvoda toplotnega kroga tako na povratku kot na dovod.

Primer izračuna.

Izhodiščne vrednosti:

• površina – 10 m²;
• razdalja do razdelilca – 6 m;
• razmak polaganja – 0,15 m.

Rešitev naloge je preprosta: 10/0,15*1,1+(6*2) = 85,3 m.

Pri uporabi kovinsko-plastičnih cevi dolžine do 100 m najpogosteje izberejo premer 16 ali 20 mm. Pri dolžini cevi 120–125 m mora biti njen presek 20 mm².

Enokrožna konstrukcija je primerna le za prostore z majhno površino. Tla v velikih prostorih so razdeljena na več krogov v razmerju 1:2 – dolžina konstrukcije mora biti dvakrat večja od širine.

Predhodno izračunana vrednost je skupna dolžina talne cevi. Vendar je za popolnost slike treba določiti dolžino posameznega kroga.

Na ta parameter vpliva hidravlični upor kroga, ki ga določata premer izbranih cevi in količina vode, dovedena v časovni enoti. Če te dejavnike zanemarimo, bodo izgube tlaka tako velike, da nobena črpalka ne bo prisilila toplotnega nosilca v kroženje.

Določitev porabe cevi glede na izbrani korak polaganja

Krogi enake dolžine so idealen primer, vendar se v praksi redko pojavljajo, saj se površine prostorov z različnimi namembnostmi zelo razlikujejo in prilagajanje dolžine krogov na eno vrednost preprosto ni smiselno. Strokovnjaki dopuščajo razliko v dolžini cevi od 30 do 40%.

Z velikostjo premera kolektorja in pretokom mešalnega sklopa je določeno dovoljeno število zank, ki so nanj priključene. V dokumentaciji mešalnega sklopa je vedno mogoče najti vrednost toplotne obremenitve, za katero je zasnovan.

Recimo, da je koeficient pretoka (Kvs) enak 2,23 m³/h. Pri takem koeficientu nekateri modeli črpalk prenesejo obremenitev od 10 do 15 W.

Za določitev števila krogov je treba izračunati toplotno obremenitev vsakega. Če je površina, ki jo pokriva talno ogrevanje, 10 m², in toplotna moč na 1 m², potem je vrednost Kvs 80 W, torej 10*80 = 800 W. To pomeni, da lahko mešalni sklop zagotovi 15 000/800 = 18,8 prostorov ali krogov s površino po 10 m².

Te vrednosti so največje in jih je mogoče uporabiti le teoretično, v resnici pa je treba število zmanjšati za vsaj 2, torej 18 – 2 = 16 krogov.

Pri izbiri mešalnega sklopa (kolektorja) je treba preveriti, ali ima takšno število priključkov.

Preverjanje pravilnosti izbire premera cevi

Za preverjanje, ali je bil prerez cevi pravilno izbran, lahko uporabimo formulo:

υ = 4*Q*10ᶾ/n*d²

Ko hitrost ustreza najdeni vrednosti, je prerez cevi pravilno izbran. Normativni dokumenti dopuščajo hitrost največ 3 m/s pri premeru do 0,25 m, vendar je optimalna vrednost 0,8 m/s, saj se s povečanjem hitrosti poveča hrup v cevovodu.

Dodatne informacije o izračunu cevi talnega ogrevanja so na voljo v tem članku.

Izračun obtočne črpalke

Da bi bil sistem ekonomičen, je treba izbrati obtočno črpalko, ki zagotavlja potrebno višino tlaka in optimalen pretok vode v krogih. V dokumentaciji črpalk so običajno navedeni tlak v najdaljšem krogu in skupni pretok toplotnega nosilca v vseh zankah.

Na tlak vplivajo hidravlične izgube:

∆ h = L*Q²/k1, kjer

• L — dolžina tokokroga;
• Q — pretok vode l/s;
• k1 — koeficient, ki označuje izgube v sistemu; vrednost lahko vzamete iz referenčnih tabel za hidravliko ali iz tehničnega lista opreme.

Ob poznavanju vrednosti tlaka se izračuna pretok v sistemu:

Q = k*√H, kjer

k — je koeficient pretoka. Strokovnjaki upoštevajo pretok na vsakih 10 m² hiše v območju 0,3–0,4 l/s.

Med sestavnimi deli vodnega talnega ogrevanja ima posebno vlogo obtočna črpalka. Le enota, katere moč za 20 % presega dejanski pretok nosilca toplote, bo lahko premagala upor v ceveh.

Številk, ki se nanašajo na vrednost tlaka in pretoka, navedenih v tehničnem listu, ne smemo jemati dobesedno — to je največ, dejansko pa nanje vplivata dolžina in geometrija omrežja. Pri previsokem tlaku se zmanjša dolžina tokokroga ali poveča premer cevi.

Priporočila za izbiro debeline estriha

V priročnikih lahko najdete podatke, da je minimalna debelina estriha 30 mm. Ko je prostor precej visok, se pod estrih položi toplotna izolacija, ki povečuje učinkovitost izrabe toplote, ki jo oddaja ogrevalni tokokrog.

Najbolj priljubljen material za podlago je ekstrudirani polistiren. Njegova upornost toplotne prevodnosti je bistveno nižja kot pri betonu.

Pri izdelavi estriha se za uravnoteženje linearnih raztezkov betona po obodu prostora namesti dilatacijski trak. Pomembno je pravilno izbrati njegovo debelino. Strokovnjaki svetujejo, da se pri površini prostora, ki ne presega 100 m², namesti 5 mm kompenzacijski sloj.

Če je vrednost površine večja zaradi dolžine, ki presega 10 m, se debelina izračuna po formuli:

b = 0,55*L, kjer

L – je dolžina prostora v m.

Zaključki in koristen video na to temo

O izračunu in montaži hidravličnega talnega ogrevanja je ta video material:

V videu so podana praktična priporočila za polaganje tal. Informacije bodo pomagale preprečiti napake, ki jih običajno delajo začetniki:

Izračun omogoča načrtovanje sistema 'talno ogrevanje' z optimalnimi obratovalnimi lastnostmi. Dovoljeno je montirati ogrevanje z uporabo podatkov iz tehničnega lista in priporočil.

Delovalo bo, vendar strokovnjaki vseeno svetujejo, da si vzamete čas za izračun, da bi sistem na koncu porabil manj energije.

Imate izkušnje z izračunom talnega ogrevanja in pripravo projekta ogrevalnega tokokroga? Ali imate vprašanja o tej temi? Prosimo, delite svoje mnenje in pustite komentarje.