Подово отопление

Принадлежи към излъчващите технически решения, осигуряващи равномерно разпределение на температурата

Подовото отопление е доказано техническо решение за отопление, както на жилищни, така и на обществени сгради. Някои специалисти го определят като подходящ метод за отопление на помещения с голяма височина - семинарни зали, магазини, изложбени площи и други. Принципът на работа на този вид отопление се базира основно не на конвекция, а на излъчване, което е свързано с редица предимства. Сред тях са по-равномерното разпределение на температурата на въздуха по височината на помещението и в различните му зони. Също така, при лъчистото отопление значително се намалява запрашеността в помещенията, тъй като се поддържат по-ниски температури на излъчващите повърхности, което води и до по-малка конвективна подвижност на въздуха. Освен за отопление през зимата, подовите системи се използват и за охлаждане през лятото. Добре е, обаче, да се има предвид, че подовото отопление не се препоръчва за помещения или сгради с периодична използваемост, тъй като се характеризира с повишена акумулационна способност. Не се препоръчва да се използва и в сгради със значителни колебания на топлинния товар.

При водното подово отопление, нагревателният елемент представлява серпентина, вградена в пода, през която циркулира топлоносителя. Обикновено топлоносителят, който се използва е вода, но могат да се прилагат и други течности като различни водни разтвори на органични съединения с цел понижаване на температурата на замръзване, например. Температурата на топлоносителя на входа на инсталацията обикновено е в диапазона от 45 до 60 °С. По-високи температури не са препоръчителни и се допускат в редки случаи. Температурниият пад е от 5 до 10 °С.

Тръбите - устойчивост до 90 °С

Тръбите, които се използват за изграждане на системите за подово отопление, обикновено са от полимерни материали - полипропилен, полиетилен или от други термоустойчиви и бавно стареещи изкуствени материали. Основните изисквания към тръбите са да бъдат устойчиви на температури до 90 °С и да не пропускат кислород през стените си чрез дифузия. Могат да се използват тръби с фиксирана дължина, но също така се предлагат и тръби с нефиксирана дължина, която варира в широки граници - навити на руло. Като основно предимство на тръбите с нефиксирана дължина се посочват по-лесният им монтаж, както и по-голямата им дължина. Това позволява да се използват в големи помещения, без да се налага приложението на допълнителни тръбни връзки между тях, което гарантира по-голяма сигурност в системата срещу изтичането на топлоносител.

Освен тръбите от полимерни материали, при изграждането на системи за подово отопление се използват и медни тръби, характеризиращи се с добри топлопроводимост, гъвкавост и устойчивост на температурни колебания. Днес, използването на безшевните стоманени тръби, широко разпространено преди години, е сведено до минимум.

Важен елемент е и

разпределително табло

Свързването на тръбите към щранговете може да бъде директно, чрез разпределителни табла или посредством етажни водоразпределители. Обикновено, свързването е чрез разпределително табло, включващо двата колектора - за подаваната и връщащата се вода. Разпределителното табло би могло да се монтира на открито, но в повечето случаи се поставя в специален шкаф.

В случаите, при които подовото отопление се комбинира с конвективно отопление, към разпределителното табло могат да се свържат както тръбите за подовата инсталация, така и конвективните отоплителни тела - радиатори и лири. В този случай, обаче, е препоръчително в таблото да се монтира блок от трипътен смесителен вентил, циркулационна помпа и регулатор за температурата на топлоносителя в системата за подово отопление. Целта е да се осигури регулиране на температурата на топлоносителя, който постъпва в разпределителното табло спрямо температурата, подходяща за работата на конвективните отоплителни тела. Известно е, че оптималната температура на топлоносителя за конвективните отоплителни тела е по-висока от тази за системите за подово отопление.

Регулиращата арматура в системите

При подовото отопление всяка серпентина или група от последователно свързани серпентини се комплектова със спирателна и регулираща арматура на входа и на изхода на топлоносителя от колектора. Регулирането на топлинната мощност за всяка серпентина би могло да се извърши ръчно или автоматично.

Колекторите се отделят от тръбната мрежа на инсталацията с шибъри или сферични кранове. За регулиране на хидравличния режим се използват вентили, чието съпротивление е възможно да се изменя в широки граници. За отчитане на изразходваната енергия за отопление, в разпределителното табло е възможно да се монтира топломер. Обезвъздушаването на колекторите обикновено се реализира чрез автоматични обезвъздушители.

Големите помещения се сегментират в зони

Голяма част от производителите на тръби, подходящи за подово отопление, предлагат и останалите елементи, необходими при монтажа и свързването му към отоплителната инсталация, като топлоизолация, свързващи елементи, колектори и други.

Принципно се следва обща последователност при монтажа, независимо от структурата на топлоотдаващата част на системата за подово отопление. Сред често използваните структури е полагането на тръбите в бетонов слой (фиг. 1).

Първоначално, помещението се разделя на няколко отделни зони. Броят на зоните се определя в зависимост от обема на помещението и неговата геометрия. Обикновено, максималната площ на всяка зона е около 40 - 50 m2, а отношението на размерите й е максимум 1:2. Помещенията с Г- и П-образна форма също се разделят на отделни зони, независимо от техните размери.

Обособяването на помещението в отделни зони е необходимо, тъй като термичните разширения, характерни за бетонния слой трябва да бъдат компенсирани. Когато помещението е малогабаритно, разделянето му на отделни зони не е необходимо, достатъчно е поставянето на вертикални вложки между стените и бетонния слой. В големите помещения между отделните зони се оставят фуги, които се запълват със същите вертикални вложки. Материалът, използван за вертикалните вложки, обикновено е същият като прилагания за изолационния слой. Препоръчително е при заливането на бетона фугите да не се прекъсват.

Съществуват и други монтажни методи, които ще бъдат обект на разглеждане в други броеве на списание Технологичен дом.

Следващият етап включва поставяне

на топлоизолацията

След определянето на зоните, върху добре изравнения под от стоманобетон се поставя топлоизолацията. Като топлоизолация могат да се използват различни високоефективни топлоизолационни материали като пенополистирол, например, или тънък пласт корк. Дебелината на изолацията се определя в зависимост от температура на помещенията, намиращи се от двете страни на изгражданата подова конструкция.

Над топлоизолацията се монтира решетка за закрепване на тръбите върху нея. Размерът й е в зависимост от стъпката на полагане на тръбите. Материалът, който се използва за изработването на решетката, е добре да бъде с добри топлопроводни характеристики. Обикновено се използва бетонно желязо.

Произвеждат се и специални щамповани профилирани подложки, разполагащи със специализирани щипки за закрепване на тръбите. Обикновено се комбинират с изолационен слой така, че успешно заменят използваните решетки.

Използват се различни схеми на навиване

на тръбите

При навиването на тръбите се използват няколко основни схеми (фиг. 2). Обикновено се следва принципът на спирално или последователно навиване. Целта е да се постигне равномерно температурно поле по цялата излъчваща повърхност. Някои специалисти застъпват позицията тръбите де се навиват спирално, тъй като по този начин се постигат по-равномерни повърхностни температури. Тръбите се полагат хоризонтално и по-близо до стените, през които топлинните загуби са по-големи. При определянето на схемите следва да се обърне специално внимание и на зоните, намиращи се в близост до прозорците, например. В тези зони стъпката на навиване на тръбите следва да бъде по-малка.

Над тръбите се залива бетоновият слой, който изпълнява функцията на ребра по отношение на вградените в него тръби. При използването на катализатори за бързо съхнене на бетона или за предпазване от замръзване, е необходимо те да не са корозионно агресивни.

В зависимост от предназначението на помещението се определя и дебелината на бетоновия слой. Над бетоновия слой обикновено се поставя циментова замазка, върху която би могло да се постави различен вид подова настилка от разнообразни естествени или изкуствени материали.

Препоръчителни повърхностни

температури

В зависимост от предназначението на помещението и времето, което хората пребивават в него, се определя оптималната стойност на температурата върху пода в отопляваното помещение. За помещенията с постоянно присъствие на хора, препоръчителната повърхностна температура с цел осигуряване на комфортни условия е 25 °С. За помещенията с общо предназначение, характеризиращи се с кратковременен престой на хората в тях, се препоръчва повърхностната температура да е 28 °С.

Методика за определяне на топлинната

мощност

За определяне на топлинната мощност на тръбната серпентина се използва формулата Qc = (tв - tек - Dtт/2)qclc = DTтqclc, W, където tв е температурата на постъпващия в системата топлоносител, °С; tек е еквивалентната температура на въздуха от двете страни на отоплителната конструкция, °С; с Dtт е отбелязан температурният пад на топлоносителя, °С; qc е специфичният топлинен поток от тръба с дължина 1 м при температурен напор DTт = 1°С; lc е дължината на серпентината, m.

Посредством температурата tек се отразяват условията, при които се реализира топлоотдаването от двете страни на конструкцията. Например, за |tпг - tпд| 3 °С, tек = (tпг - 2) °С, където tпг е температурата на въздуха в помещението над плочата, а tпд - съответно под плочата. При (tпг - tпд ) > 3 °С, tек = rпд(tпг - 2) + rтнtпд °С, където rпд = Rог/Rо е относителното частично съпротивление за пода, а rтн = Rод/Rо - за тавана на конструкцията.

Когато системата е предназначена за помещения, граничещи със земята, еквивалентната температура се определя по формулата tек = rпд(tпг - 2) + rтнtп.в °С, където с tп.в е температурата на подпочвените води. При отсъствието на достатъчно данни за температурата на подпочвените води се приема, че tп.в = 10 °С. Определянето на температурния пад се извършва според формулата Dtт = 3600Qc/cm, °С, в която с е специфичният топлинен капацитет на топлоносителя, J/(kg.K), а с m е означен дебитът, kg/h.

Специфичният топлинен поток се определя графично от сумата qc = (Rтр + Rкт + Rпл) - 1, W/(m2K)/m, където Rтр е термичното съпротивление на стената на тръбата. Може де се изчисли и по формулата Rтр = (dвн - dвт)2lтр, m2K/W. За метални тръби обикновено се приема за нула. С Rкт е означено термичното съпротивление на контакта между тръбата и строителната конструкция. Изчислява се по формулата Rкт = fкт(dвн/lбтRо), m2К/W. Rпл представлява термичното съпротивление на приведената към пластина подова конструкция. Изчислява се в зависимост от формулата Rпл = f(s/lбтRо), m2К/W. С s се означава стъпката между тръбите в серпентината, m, а с dвн и dвт - съответно външният и вътрешният диаметър на тръбата, m. Също така, lбт и lтр са коефициентите на топлопроводност на бетона и на материала, от който е изработена тръбата. Обикновено, Rкт и Rпл се определят графично.

Съпротивлението на топлопреминаване на подовата конструкция се пресмята с израза Rо = Rог + Rод, m2К/W, където Rог е частично съпротивление на топлопреминаване от равнината на полагане на тръбите към горната повърхност на подовата конструкция, Rод е частичното съпротивление на топлопреминаване от равнината на полагане на тръбите към долната повърхност на конструкцията: Rог = 1/aг + Sdili, m2K/W, Rод = 1/aд + Sdjlj, m2K/W. От своя страна, стойностите на коефициентите на топлопредаване aг и aд от горната и от долната страна на подовата конструкция и коефициентите на топлопроводност li и lj, обикновено се избират таблично. С d са обозначени дебелините на слоевете на подовата конструкция, m.

Каква е оптималната дължина

на серпентината?

Необходимата дължина на серпентината за постигане на топлинната мощност, съответстваща на потребната топлина за конкретното помещение, се определя посредством израза lc = Qc/qc(tв - tек - Dtт/2), m.

В зависимост от начина на полагане на серпентината, за определяне на действителната й нагревна повърхност се използват различни зависимости. В случаите, когато серпентината е последователно навита, действителната нагревна повърхнина се пресмята като Aсд = L(B + s), m2. Съответно, когато серпентината е спирално навита, се използва зависимостта Aсд = (L+ s)(B + s), m2. С L и B са обозначени габаритните размери на серпентината, нейната дължина и съответно широчина. Обикновено, размерите на серпентината се съгласуват с размерите на помещението, като се препоръчва дължината й да бъде с приблизителния размер на външната стена на помещението.

В случай че при пресмятането на Aсд се окаже, че получената стойност е по-голяма от действителната повърхнина на пода, е възможно да се предприеме подобряване на топлинната изолация на външните ограждащи стени или да се приложи модификация на подово отопление с периферна прегрята зона, както и на комбинирана система, включваща и конвективни отоплителни тела.

За междинна плоча с вградена серпентина при изчислителните условия повърхностните температури на пода и на тавана се определят според зависимостите - qпд = (tпг - 2) + Qc rпд/aпдAсд, °C и qтн = (tпд - 2) + Qc rтн/aтнAсд, °C. Според желаната температура в помещението и допустимата повърхностна температура на пода, реалният топлинен поток от един квадратен метър подово отопление е в границите от 60 до 120 W/m2.

Определяне на загубите

на налягане в серпентината

Процесът на хидравлично оразмеряване на тръбна мрежа за лъчисто подово отопление не се отличава съществено от оразмеряването на тръбна мрежа на всяка конвективна система. Основната разлика при хидравличното им оразмеряване се състои в това, че при подовото отопление не се отчита гравитационното налягане.

Определянето на загубите на налягане при преминаването на топлоносителя през серпентината се основава на израза Dpс = lсRс + nдzpд, където nд е броят на последователно свързаните дъги с ъгъл j = 90°, pд е динамичното налягане на топлоносителя, а z е коефициентът на местно съпротивление.

За да се определи специфичното съпротивление Rс в серпентините се взимат предвид видът на топлоносителя, както и грапавостта на вътрешната повърхност на тръбите. При конструиране на системата, с цел загубите на налягане в отделните циркулационни кръгове да не се различават с повече от 15%, се предприема последователно, паралелно или комбинирано свързване на серпентините към тръбната мрежа. Използват се вентили с вградени устройства за задаване на хидравличното им съпротивление и вграждане на допълнителни съпротивления.