О. Платонов - Как отопить загородный дом

Источником автономного теплоснабжения выбран двухконтурный стальной водогрейный котел ACV, оснащенный вентиляторной газовой горелкой. И контур отопления, и контур «теплых полов» оснащены своим циркуляционным насосом. Управление системой отопления осуществляется с использованием комнатного термостата с недельным программированием. Термостат управляет электроприводом специального 3-ходового смесителя, который подключает контур отопления к котлу или временно отключает от него, прекращая тем самым подогрев теплоносителя.

В системе отопления реализован температурный режим 90/70 °С, в системе «теплого пола» – 50/40 °С. На системе теплого пола установлен специальный смеситель с электроприводом, позволяющий подавать в этот контур теплоноситель с меньшей, чем в отопительные приборы, температурой.

В ходе теплотехнического расчета теплого пола обычно решается одна из следующих задач:

а) определение требуемой средней температуры теплоносителя по известному удельному тепловому потоку, полученному в результате расчета теплопотребности помещения;

б) определение удельного теплового потока от теплого пола при известной средней температуре теплоносителя.

Как правило, при полном напольном отоплении (без использования радиаторного отопления), определяется помещение с наибольшими удельными теплопотерями. Для этого помещения производится расчет по схеме «а», то есть определяется требуемая средняя температура теплоносителя. Для остальных помещений, эта температура принимается в качестве заданной величины, и дальнейшие расчеты ведутся по схеме «в».

В обоих случаях определяющим критерием расчета является температура поверхности пола, которая не должна превышать нормативных величин ( см. таблицу 1 ).

Следует отметить, что по западным нормативам температура поверхности пола допускается более высокой, чем по российским нормам, что следует учитывать при использовании импортных расчетных программ.

Методик теплотехнического расчета теплых полов существует несколько. В каждой из методик заложен ряд допущений и ограничений, которые также не следует забывать при проектировании.

Таблица 1. Допустимые температуры поверхности пола

Метод основан на применении поправочных коэффициентов к известным, экспериментально установленным, удельным тепловым потокам от эталонного теплого пола при различных температурных напорах ( см. таблицу 2 ).

q = Δt 1 K тр • K пп • K b • K c • K D ,

где: q – удельный тепловой поток, Вт/м 2;

Δt – логарифмическая разность между температурой теплоносителя и температурой воздуха в помещении, °С;

К тр – приведенный коэффициент теплопередачи стенки трубы, Вт/м 2К;

К пп – коэффициент, зависящий от термического сопротивления покрытия пола;

К b – коэффициент шага укладки труб;

К с – коэффициент толщины стяжки над трубой;

K D – коэффициент, учитывающий наружный диаметр труб.

Логарифмическая разность температур:

где: t 1и t 2– температуры соответственно прямого и обратного теплоносителя, °С;

t в– расчетная температура воздуха в помещении, °С.

Таблица 2. Характеристики эталонного теплого пола

Коэффициент теплопередачи стенки трубы:

где: K mр 0– коэффициент теплопередачи эталонной трубы – 6,7 Вт/м 2К;

b – шаг труб, м;

δ – толщина стенки трубы, м;

δ 0– толщина стенки эталонной трубы, – 0,002 м;

D – наружный диаметр трубы, м;

D 0– наружный диаметр эталонной трубы, – 0,016 м;

λ ст– коэффициент теплопроводности стенки трубы, Вт/ м К;

λ ст0– коэффициент теплопроводности стенки эталонной трубы, – 0,35 Вт/ м К.

Коэффициент влияния термического сопротивления покрытия пола:

где: α n – коэффициент теплоотдачи поверхности пола, – 10,8 Вт/м 2К;

δ c 0– толщина эталонной стяжки, – 0,045 м;

λ с– коэффициент теплопроводности стяжки, Вт/ м К;

λ c 0– коэффициент теплопроводности эталонной стяжки, – 1,00 Вт/м К;

R пп– термические сопротивления слоев покрытия пола (выше стяжки), м 2К/Вт.

Коэффициент шага укладки труб:

Коэффициент толщины стяжки определяется по формуле:

,

где: δ с– толщина стяжки над трубой, м;

С – коэффициент, определяемый по таблице 3.

Таблица 3. Значение коэффициента С

Коэффициент, учитывающий наружный диаметр труб:

K D= C D 250 D−5 ,

где: D – наружный диаметр трубы, м;

C D– коэффициент, принимаемый по таблице 4.

К недостаткам этой методики можно отнести следующие принятые в ней допущения:

• коэффициент теплоотдачи поверхности пола принят постоянным (10,8 Вт/м 2К). В действительности, этот коэффициент является функцией от целого ряда величин (температуры поверхности пола, температур поверхностей окружающих конструкций и скорости движения воздуха у поверхности пола);

• метод коэффициентов может применяться при шаге труб не более 375 мм, толщине стяжки не более 45 мм, термических сопротивлениях покрытия пола не более 0,15 м 2К/Вт, наружных диаметрах труб не более 20 мм.

Таблица 4. Значения коэффициентов CD

В основе метода заложена формула определения удельного теплового потока, как функции от температуры поверхности пола (DIN 4725), которая выведена на основе решения частной задачи Форхгеймера (тепловой поток от линейного источника в полуограниченном массиве):