ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ Σ. ΚΙΚΙ∆ΗΣ ∆ιπλ. Μηχανολόγος Ηλεκτρολόγος Επιστηµονικός Συνεργάτης Α.Π.Θ.
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ
ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2004
145
ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ..............................................................................146 1. Γενικά......................................................................................................146 2. Εγκατάσταση της θέρµανσης δαπέδου ...............................................147 2.1 Κατασκευή δαπέδου .................................................................................... 147 2.2 Σωλήνες θέρµανσης δαπέδου και εξαρτήµατα ............................................ 148 2.3 Απαιτήσεις θερµοµόνωσης .......................................................................... 149 2.4 ∆ιατάξεις τοποθέτησης σωλήνων ................................................................ 149 2.5 Τελική επικάλυψη δαπέδου.......................................................................... 152
3. Θερµική άνεση .......................................................................................153 3.1 Θερµοκρασία επιφανείας δαπέδου .............................................................. 154 3.2 Κατακόρυφη κατανοµή θερµοκρασίας στο χώρο ......................................... 154 3.3 Ασυµµετρία θερµοκρασίας ακτινοβολίας και ρεύµατα αέρα......................... 154
4. Θερµική και ψυκτική ικανότητα δαπέδου ............................................155 4.1 Θερµική ισχύς δαπέδου ............................................................................... 155 4.2 Ψυκτική ισχύς δαπέδου................................................................................ 157
5. Σχεδιασµός κυκλωµάτων θέρµανσης ..................................................158 5.1 Παροχή νερού .............................................................................................. 159 5.2 Πτώση πίεσης νερού.................................................................................... 159
6. ∆ιαδικασία υπολογισµού θέρµανσης δαπέδου ..................................162 6.1 Θερµικές απαιτήσεις .................................................................................... 163 6.2 Υπολογισµοί ανά χώρο ................................................................................ 163 6.3 Υπολογισµοί ανά κύκλωµα .......................................................................... 164
Βιβλιογραφία..............................................................................................165 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ: ΠΑΡΑ∆ΕΙΓΜΑΤΑ ...............................................................167 1. ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΑ ΠΑΡΑ∆ΕΙΓΜΑΤΑ.............................................................168 2. ΠΑΡΑ∆ΕΙΓΜΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ..............................................................169 3. ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΑ ∆ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ .............................176
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ
146
Θέρµανση ∆απέδου 1. Γενικά Η θέρµανση δαπέδου είναι σύστηµα θέρµανσης επιφάνειας ακτινοβολίας, στο οποίο θερµαντική επιφάνεια είναι το δάπεδο του θερµαινόµενου χώρου. Η θέρµανση δαπέδου είναι γνωστή από αρχαίους πολιτισµούς. Περί το 1000 π.Χ. στην Ανατολή, οι Κορεάτες χρησιµοποιούσαν τα καυσαέρια από την εστία καύσης για να θερµάνουν τα λίθινα δάπεδα των κατοικιών τους. Επίσης στη ∆ύση οι Ρωµαίοι περί το 80 π.Χ. χρησιµοποιούσαν παρόµοιο σύστηµα για τη θέρµανση λουτρών αλλά και κατοικιών. Τα θερµά καυσαέρια της εστίας οδηγούνταν σε κανάλια κάτω από το δάπεδο και στην συνέχεια σε καπνοδόχο στον απέναντι τοίχο. Στις σύγχρονες κατασκευές το δάπεδο θερµαίνεται µε νερό χαµηλής θερµοκρασίας 30 – 60 °C, που διέρχεται από ενσωµατωµένους σε αυτό σωλήνες ή µε ενσωµατωµένες ηλεκτρικές αντιστάσεις. Η θέρµανση δαπέδου µε νερό έχει επικρατήσει και στη χώρα µας εφαρµόζεται αποκλειστικά. Στις δεκαετίες του ΄50 και ΄60 στη θέρµανση δαπέδου χρησιµοποιούνταν σωλήνες χαλύβδινοι ή χάλκινοι, από το τέλος τις δεκαετίας του ΄70 όµως άρχισαν να χρησιµοποιούνται πλαστικοί σωλήνες οι οποίοι και καθιέρωσαν το σύστηµα, ιδιαίτερα στη Γερµανία, Ελβετία, Αυστρία και στις Σκανδιναβικές χώρες. Σήµερα χρησιµοποιούνται πλαστικοί σωλήνες, τύπου PEX κυρίως. Η εγκατάσταση θέρµανσης δαπέδου µπορεί να χρησιµοποιηθεί µε ορισµένες προϋποθέσεις και για ψύξη του χώρου. Τα βασικά πλεονεκτήµατα της εγκατάστασης θέρµανσης δαπέδου είναι: • ∆εν δεσµεύεται χώρος για τα θερµαντικά σώµατα. • ∆εν απαιτείται καθάρισµα των σωµατιδίων σκόνης που συγκεντρώνονται στα σώµατα και στους τοίχους πάνω από αυτά. • Οι εσωτερικές συνθήκες άνεσης επιτυγχάνονται µε χαµηλότερη εσωτερική θερµοκρασία του αέρα του χώρου έναντι των άλλων συµβατικών συστηµάτων. • Η κατανοµή της θερµοκρασίας των χώρων είναι οµοιόµορφη. • Είναι σύστηµα χαµηλών θερµοκρασιών. • Το σύστηµα παρέχει τη δυνατότητα χρήσης εναλλακτικών µορφών ενέργειας (ηλιακή, γεωθερµία), επίσης µπορεί να χρησιµοποιηθεί για ψύξη.
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ
147
Ως µειονεκτήµατα µπορούν να αναφερθούν: • Η µεγαλύτερη θερµική αδράνεια του συστήµατος και εποµένως η καθυστέρηση απόκρισης στη ρύθµιση. • Η δέσµευση του δαπέδου έναντι µελλοντικών αλλαγών τελικής κάλυψης. • Το µεγαλύτερο κόστος κατασκευής έναντι της θέρµανσης µε σώµατα.
2. Εγκατάσταση της θέρµανσης δαπέδου 2.1 Κατασκευή δαπέδου Η θέρµανση δαπέδου γίνεται µε ενσωµάτωση των θερµαντικών σωληνώσεων νερού σε ένα πλωτό δάπεδο από σκυρόδεµα, χωρίς σταθερή σύνδεση µε το σκυρόδεµα της φέρουσας πλάκας, τους περιµετρικούς τοίχους ή άλλα δοµικά στοιχεία. Το σκυρόδεµα πρέπει να περιβάλλει πλήρως τους σωλήνες για να µη διαβρώνονται. Το δάπεδο αυτό κατασκευάζεται πάνω στο φέρον δάπεδο του χώρου και αποτελεί το θερµαντικό σώµα, όπως φαίνεται στην Εικόνα 1. Η κατασκευή, η οποία γίνεται µετά την ολοκλήρωση των εργασιών στις εσωτερικές τοιχοποιίες και την τοποθέτηση των κουφωµάτων και υαλοπινάκων, περιλαµβάνει τις παρακάτω φάσεις: 1. Τοποθέτηση της µονωτικής υπόβασης πάνω στις τελειωµένες, οριζόντιες και καθαρές πλάκες δαπέδου των χώρων. Εφόσον είναι απαραίτητο τοποθετείται και φράγµα υδρατµών κάτω από τη µονωτική υπόβαση. 2. Στρώσιµο των σωληνώσεων των κυκλωµάτων θέρµανσης σε κατάλληλη διάταξη, µε τη βοήθεια των οδηγών στήριξης που υπάρχουν στην µονωτική υπόβαση. ∆οκιµή πίεσης των σωληνώσεων. 3. Τοποθέτηση ταινίας διαστολής µεταξύ του δαπέδου και των κατακόρυφων δοµικών στοιχείων, όπως περιµετρικοί τοίχοι, πλαίσια θυρών, υποστυλώµατα για να επιτρέπεται ελεύθερη διαστολή 5 mm. 4. ∆ιάστρωση σκυροδέµατος για την πλήρη κάλυψη των σωλήνων θέρµανσης. Απαιτούµενο πάχος σκυροδέµατος 40 mm πάνω από τους σωλήνες και συνολικά περίπου 70 mm. Είναι απαραίτητη η πρόσµιξη στο σκυρόδεµα κατάλληλου πλαστικοποιητή για τη βελτίωση των ιδιοτήτων του και την αύξηση της θερµικής αγωγιµότητας. Επίσης πρέπει να προβλέπονται αρµοί διαστολής σε κατάλληλη διάταξη. 5. Αρχική θέρµανση του δαπέδου. 6. Τοποθέτηση της τελικής επίστρωσης του δαπέδου. Κάθε κατασκευαστής θέρµανσης δαπέδου εφαρµόζει τη δικιά του σειρά υλικών, δηλαδή µονωτικών πλακών υπόβασης και στήριξης των σωλήνων, σωλήνων, εξαρτηµάτων διανοµής και λοιπών υλικών που συνιστούν ένα ολοκληρωµένο σύστηµα. Προδιαγραφές και αναλυτικές οδηγίες κατασκευής δίνονται από τους κατασκευαστές των συστηµάτων αυτών. Η εφαρµογή του συστήµατος πρέπει να γίνεται µόνο από εξειδικευµένο προσωπικό.
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ
148
Εικόνα 1: Κατασκευή θέρµανσης δαπέδου Σε κάθε χώρο προβλέπονται ένα ή περισσότερα κυκλώµατα θέρµανσης δαπέδου. Η διανοµή των κυκλωµάτων θέρµανσης δαπέδου γίνεται από σταθµό διανοµής που περιλαµβάνει τους συλλεκτοδιανοµείς και τα όργανα διακοπής και ρύθµισης.
2.2 Σωλήνες θέρµανσης δαπέδου και εξαρτήµατα Στη θέρµανση δαπέδου χρησιµοποιούνται πλαστικοί σωλήνες και τυποποιηµένα εξαρτήµατα διανοµής. Κάθε κατασκευαστής προδιαγράφει τη δική του σειρά σωλήνων και αντίστοιχα εξαρτήµατα, τα οποία είναι συµβατά µε τους σωλήνες. Για τα θερµαντικά κυκλώµατα χρησιµοποιούνται σωλήνες των παρακάτω κυρίως τύπων: 1. Σωλήνες πολυβουτανίου PB. Οι σωλήνες πρέπει να είναι σύµφωνοι µε τις απαιτήσεις του DIN 4726/27 και κατάλληλοι για κλάση εφαρµογής 5 (θέρµανση δαπέδου και συνδέσεις θερµαντικών σωµάτων) και πίεση 6 bar. 2. Σωλήνες ακτινοδικτυωµένου πολυαιθυλενίου PE-Xc (VPE). Οι σωλήνες πρέπει να είναι σύµφωνοι µε τις απαιτήσεις των DIN 4726 και DIN 4739 και κατάλληλοι για κλάση εφαρµογής 5 (θέρµανση δαπέδου και συνδέσεις θερµαντικών σωµάτων) και πίεση 6 bar. 3. Σωλήνες πολυαιθυλενίου PE-RT, µε αντίσταση σε αυξηµένη θερµοκρασία, µη διαπερατοί από το οξυγόνο κατά DIN 4726 και κατάλληλοι για κλάση εφαρµογής 5 (θέρµανση δαπέδου και συνδέσεις θερµαντικών σωµάτων) και πίεση 5 bar. Για την θερµοµόνωση και προστασία των σωληνώσεων θέρµανσης δαπέδου στο τµήµα της εξόδου από το σταθµό διανοµής, στα τµήµατα της διέλευσης από ενδιάµεσους χώρους και κατά τη διάβαση από αρµό διαστολής χρησιµοποιούνται σωλήνες προστασίας πολυαιθυλενίου σπιράλ PE.
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ
149
Εικόνα 2: ∆ιάγραµµα αντοχής σε κόπωση πλαστικών σωλήνων Η διάρκεια ζωής των σωληνώσεων καθορίζεται από την αντοχή σε κόπωση. Στην Εικόνα 2 δίνεται διάγραµµα αντοχής σε κόπωση πλαστικών σωλήνων, συγκεκριµένου κατασκευαστή.
2.3 Απαιτήσεις θερµοµόνωσης Η θερµοµόνωση είναι απαραίτητη για τον περιορισµό των θερµικών απωλειών του δαπέδου προς τα κάτω, δηλαδή προς την οροφή του υποκείµενου χώρου, τον αέρα ή το έδαφος. Οι απαιτήσεις θερµοµόνωσης καθορίζονται από το πρότυπο ΕΝ 1264: Floor Heating, όπως φαίνεται στην Εικόνα 3. Η θερµοµόνωση του δαπέδου επιτυγχάνεται µε την εφαρµογή της κατάλληλης µονωτικής πλάκας υπόβασης του συστήµατος θέρµανσης δαπέδου και εφόσον απαιτείται µε πρόσθετη ενίσχυση της µόνωσης.
2.4 ∆ιατάξεις τοποθέτησης σωλήνων Οι σωλήνες των κυκλωµάτων θέρµανσης δαπέδου τοποθετούνται σε διάταξη σπειροειδή. Η διάταξη αυτή εξασφαλίζει οµοιοµορφία στη θερµοκρασία του δαπέδου και µικρές µηχανικές καταπονήσεις στο σωλήνα. Οι αποστάσεις µεταξύ των σωλήνων µπορεί να είναι πολλαπλάσια των 10 cm (100, 200, 300 mm), των 7,5 cm (75, 150, 225, 300 mm) ή και των 8 cm (80, 160, 250, 330 mm) ανάλογα µε το κατασκευαστή και την σειρά πλακών υπόβασης που εφαρµόζονται. Μπορεί να εφαρµοσθεί σταθερή ή µεταβαλλόµενη απόσταση σωλήνων. Επίσης σε ένα χώρο µπορεί να εφαρµοστεί µία ή περισσότερες ζώνες θέρµανσης ανεξάρτητες ή σε σειρά. Με τον τρόπο αυτό
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ
150
µπορεί να προσαρµόζεται η θερµαντική ικανότητα του συστήµατος στις απαιτήσεις των χώρων.
Εικόνα 3: Απαιτήσεις θερµοµόνωσης κατά ΕΝ 1264
Εικόνα 4: Σπειροειδής διάταξη σωλήνων επάνω στην πλάκα υπόβασης
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ
151
Στην Εικόνα 4 φαίνεται η σπειροειδής διάταξη των σωλήνων πάνω στους οδηγούς στήριξης της πλάκας υπόβασης και στην Εικόνα 5 φαίνονται διάφορες τυπικές διατάξεις σωλήνων.
Τυπική οµοιόµορφη σπειροειδής διάταξη
Ενισχυµένη περιµετρική και κύρια εσωτερική ζώνη σε δύο κυκλώµατα
Μεταβλητή διάταξη µε ενισχυµένη περιµετρική και κύρια εσωτερική ζώνη
Μεταβλητή διάταξη µε ενισχυµένη περιµετρική και κύρια εσωτερική ζώνη
Εικόνα 5: Τυπικές διατάξεις σωλήνων Η διάταξη των σωλήνων και η κατανοµή των κυκλωµάτων εξαρτάται από τις θερµικές απαιτήσεις, τα ανοίγµατα και τη µορφή κάθε χώρου. Η τελική επιλογή γίνεται βάσει υπολογιστικής διαδικασίας, όπως αυτή θα αναπτυχθεί στη συνέχεια. Στην Εικόνα 6 δίνεται η κατανοµή των κυκλωµάτων και η διάταξη των σωλήνων στην κάτοψη µιας κατοικίας. Η απαιτούµενη ποσότητα σωλήνα για την κάλυψη του δαπέδου δίνεται στον πίνακα της Εικόνας 7 σε m ανά m2, συναρτήσει της απόστασης τοποθέτησης.
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ
152
Εικόνα 6: Κάτοψη κατοικίας
Εικόνα 7: Απαιτήσεις σωλήνα ανά m2 επιφάνειας δαπέδου
2.5 Τελική επικάλυψη δαπέδου Η τελική επικάλυψη του δαπέδου µπορεί να είναι φυσικές λιθόπλακες, πλάκες µαρµάρου, κεραµικά πλακάκια, µοκέτα, παρκέ, ελαστικά πατώµατα. Απαιτείται καλή επαφή της τελικής αυτής στρώσης µε το θερµαινόµενο δάπεδο για να επιτυγχάνεται επαρκής αγωγιµότητα και ικανοποιητική θερµική απόδοση µε χαµηλές θερµοκρασίες νερού. Η εφαρµογή διαφόρων τελικών επικαλύψεων δαπέδου, όπως προτείνεται από ένα κατασκευαστή, φαίνεται στην Εικόνα 8.
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ
153
Μοκέτα
Φυσικές ή τεχνητές πλάκες
Παρκέ
Ελαστικό
Εικόνα 8: Εφαρµογή διαφόρων επικαλύψεων δαπέδου Οι µοκέτες πρέπει να έχουν θερµική αντίσταση έως 0,15 m2K/W. Επίσης πρέπει να γίνεται ολική κόλληση της επιφάνειας για να εξασφαλίζεται καλή αγωγιµότητα. Το παρκέ τοποθετείται κολλητό. Το υλικό του πρέπει να είναι σύµφωνο µε τις απαιτήσεις του DIN 18356. To υπόλοιπο υγρασίας δεν πρέπει να υπερβαίνει το 10% και η θερµική αντίσταση τα 0,15 m2K/W. Τα ελαστικά δάπεδα πρέπει να τοποθετούνται µε κόλληση, µε τη χρήση κατάλληλης κόλλας, σε όλη την επιφάνεια του δαπέδου. Οι αρµοί πρέπει να ενώνονται µε αυτογενή συγκόλληση. Ειδικές προδιαγραφές εφαρµόζονται σε δάπεδα χώρων µε µεγάλα φορτία, καθώς και σε δάπεδα χώρων ειδικών χρήσεων.
3. Θερµική άνεση Για να εξασφαλίζεται ικανοποιητική άνεση των κατοίκων του θερµαινόµενου χώρου πρέπει να λαµβάνονται υπόψη οι απαιτήσεις γενικής θερµικής άνεσης (PMV-PPD, λειτουργική θερµοκρασία) και τοπικής θερµικής άνεσης (θερµοκρασία δαπέδου, κατακόρυφη κατανοµή θερµοκρασίας, ασυµµετρία θερµοκρασίας ακτινοβολίας, ρεύµατα αέρος. Οι δύο βασικές παράµετροι θερµικής άνεσης είναι η θερµοκρασία του αέρα και η µέση θερµοκρασία ακτινοβολίας. Η συνδυασµένη επίδρασή τους εκφράζεται από την λειτουργική θερµοκρασία, η οποία για χαµηλές ταχύτητες αέρα µπορεί να προσεγγισθεί από τη µέση τιµή των δύο αυτών θερµοκρασιών.
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ
154
Στις θερµάνσεις δαπέδου µπορεί να επιτευχθεί το ίδιο επίπεδο λειτουργικής θερµοκρασίας µε χαµηλότερη κατά 1 – 1,5 Κ θερµοκρασία αέρα, συγκρινόµενη µε άλλα συστήµατα θέρµανσης.
3.1 Θερµοκρασία επιφανείας δαπέδου Η θερµοκρασία επιφανείας δαπέδου σύµφωνα µε τα διεθνή πρότυπα συνιστάται να βρίσκεται στην περιοχή 19-29 °C στις ζώνες παραµονής δωµατίων µε κατοίκους καθιστούς ή όρθιους και µε κανονικά παπούτσια. Για θέρµανση η µέγιστη θερµοκρασία είναι 29°C και για ψύξη η ελάχιστη 19 °C. Οι θερµοκρασίες αυτές θέτουν όρια στην ικανότητα των συστηµάτων δαπέδου. Το Ευρωπαϊκό πρότυπο ΕΝ 1264 επιτρέπει σε περιµετρικές ζώνες έξω από την περιοχή παραµονής και σε απόσταση µέχρι 1 m από τους εξωτερικούς τοίχους ή παράθυρα µέγιστη θερµοκρασία δαπέδου 35 °C. Σε χώρους όπου οι κάτοικοι µπορεί να έχουν γυµνά πόδια, όπως λουτρά, πισίνες, χώροι ένδυσης, η βέλτιστη θερµοκρασία δαπέδου εξαρτάται από το υλικό του δαπέδου. Οι προτεινόµενες θερµοκρασίες της επιφανείας δαπέδου για διάφορους χώρους δίνονται στον Πίνακα 1. Θερµοκρασία Επιφανείας ∆απέδου Είδος χώρου Θερµοκρασία °C Χώροι παραµονής και εργασίας 29 Κουζίνες 29 Λουτρό 33 Χώροι κυκλοφορίας (διάδροµοι, προθάλαµοι) 27 Ιατρεία, εξεταστήρια 28 Θάλαµοι ασθενών 28 Εκκλησίες 29 Περιµετρικές ζώνες 35
Πίνακας 1: Θερµοκρασίες δαπέδου
3.2 Κατακόρυφη κατανοµή θερµοκρασίας στο χώρο Ένα από τα κύρια χαρακτηριστικά της θέρµανσης δαπέδου είναι η οµοιόµορφη κατανοµή θερµοκρασίας από το δάπεδο προς την οροφή. Στην Εικόνα 9 φαίνεται η κατακόρυφη κατανοµή θερµοκρασίας µετρηµένη σε πειραµατικό δωµάτιο, µε φορτίο θέρµανσης 50 W/m2, για τέσσερα διαφορετικά συστήµατα θέρµανσης: θέρµανση δαπέδου, θέρµανση µε επίπεδα σώµατα χαµηλής θερµοκρασίας κάτω από τα παράθυρα, θέρµανση µε χαµηλά σώµατα συναγωγής κάτω από τα παράθυρα και θέρµανση µε αέρα προσαγόµενο στον πίσω (εσωτερικό) τοίχο. Τα συστήµατα µε την µεγαλύτερη συναγωγή έχουν και τις µεγαλύτερες διαφορές θερµοκρασίας. Ως βασική θερµοκρασία αναφοράς στις µετρήσεις αυτές έχει ληφθεί λειτουργική θερµοκρασία 22 °C σε ύψος 1,10 m.
3.3 Ασυµµετρία θερµοκρασίας ακτινοβολίας και ρεύµατα αέρα Η ασυµµετρία της θερµοκρασίας ακτινοβολίας σπανίως αποτελεί πρόβληµα στα σύγχρονα καλά θερµοµονωµένα κτίρια. Αυτή µπορεί να προβλεφθεί και να αντιµετωπισθεί από τη φάση του σχεδιασµού.
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ
155
Τα καθοδικά ρεύµατα αέρα λόγω ψυχρών εξωτερικών επιφανειών, κυρίως υαλοστασίων είναι µια άλλη αιτία που προξενεί δυσφορία. Η ταχύτητα καθόδου του αέρα εξαρτάται από το ύψος του υαλοστασίου, το συντελεστή µεταφοράς θερµότητας και την εξωτερική θερµοκρασία. Η µέγιστη αποδεκτή ταχύτητα είναι 0,18 m/s. Το πρόβληµα εµφανίζεται σε ψηλά υαλοστάσια σε συνδυασµό µε χαµηλές εξωτερικές θερµοκρασίες ή ανεπαρκή θερµοµόνωση και αντιµετωπίζεται µε πρόσθετη θέρµανση κάτω από το υαλοστάσιο.
Εικόνα 9: Κατακόρυφη κατανοµή θερµοκρασίας για διάφορα συστήµατα θέρµανσης
4. Θερµική και ψυκτική ικανότητα δαπέδου Η ικανότητα θέρµανσης και ψύξης ενός συστήµατος δαπέδου εξαρτάται από την εναλλαγή θερµότητας µεταξύ της επιφανείας του δαπέδου και του χώρου µε συναγωγή και ακτινοβολία, από τη θερµική αγωγή µεταξύ της επιφανείας του δαπέδου και των σωλήνων νερού, δηλαδή από το υλικό επίστρωσης του δαπέδου, το πάχος του σκυροδέµατος, την απόσταση των σωλήνων καθώς και από τη µεταφορά θερµότητας από το νερό, δηλαδή από την παροχή και την διαφορά θερµοκρασίας του νερού.
4.1 Θερµική ισχύς δαπέδου Η θερµική ισχύς που αποδίδεται από την επιφάνεια του δαπέδου είναι
όπου
QFB = α·A·(tFB – ti)
(1)
QFB : Θερµική απόδοση, W A : Επιφάνεια δαπέδου, m2 tFB : Θερµοκρασία επιφανείας δαπέδου, °C
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ
156
ti α
: Θερµοκρασία αέρα χώρου, °C : Συντελεστής µεταφοράς θερµότητας, W/m2K
Ο συντελεστής µεταφοράς θερµότητας περιλαµβάνει την συναγωγή αconv και την ακτινοβολία αrad
α = αconv + αrad
(2)
και έχει στις συνθήκες σχεδιασµού περίπου σταθερή τιµή 11 W/m2K. Σε µικρότερες διαφορές θερµοκρασίας ο συντελεστής περιορίζεται σε 9 W/m2K. Από τη συνολική εναλλαγή πάνω από το µισό (αrad= 5,5 W/m2K) οφείλεται στην ακτινοβολία. Η ειδική θερµική απόδοση του δαπέδου είναι
qFB = QFB/A = α·(tFB – ti)
(3)
Η µέγιστη θερµική απόδοση µιας ζώνης παραµονής σε χώρο µε εσωτερική θερµοκρασία 20 °C και θερµοκρασία δαπέδου 29 °C είναι περί τα 100 W/m2, ενώ µιας περιµετρικής ζώνη µε θερµοκρασία δαπέδου 35 °C είναι περί τα 165 W/m2. Σε ένα τυπικό δωµάτιο βάθους 4 m µε µια περιµετρική ζώνη πλάτους 1 m, η µέγιστη θερµική απόδοση είναι qFB = (165 + 3x100)/4 = 116 W/m2. Η µέγιστη αυτή θερµική απόδοση είναι ανεξάρτητη από την τελική επικάλυψη του δαπέδου, δεδοµένου ότι εξαρτάται µόνο από την θερµοκρασία της επιφανείας. Η απαιτούµενη όµως θερµοκρασία του νερού για να επιτευχθεί η απόδοση αυτή εξαρτάται από τη θερµική αντίσταση των στρώσεων που παρεµβάλλονται µεταξύ των σωλήνων και της επιφανείας του δαπέδου και των σωλήνων και από την απόσταση µεταξύ των σωλήνων. Η απόδοση του συστήµατος συναρτήσει της θερµοκρασίας του δαπέδου µε παράµετρο τη θερµοκρασία του αέρα του χώρου δίνεται από τους κατασκευαστές των συστηµάτων θέρµανσης δαπέδου σε πίνακες ή διαγράµµατα. Επίσης δίνεται η θερµική απόδοση του συστήµατος συναρτήσει της µέσης υπερθερµοκρασίας του νερού µε παράµετρο την απόσταση µεταξύ των σωλήνων, για µια τυπική κατασκευή δαπέδου. Η επίδραση της απόκλισης του πάχους του δαπέδου από το τυπικό και της τελικής επικάλυψης λαµβάνεται υπόψη µέσω συντελεστών διόρθωσης της θερµικής απαίτησης. Στην Εικόνα 10 δίνεται από τον κατασκευαστή το συνδυασµένο διάγραµµα της απόδοσης ενός τυπικού συστήµατος θέρµανσης δαπέδου. Στην Εικόνα 11 δίνονται από τον κατασκευαστή συντελεστές διόρθωσης για διάφορες επικαλύψεις δαπέδου και για απόκλιση από το κανονικό πάχος. Η µέση θερµοκρασία του νερού θέρµανσης tHm είναι
tHm = (tV +tR)/2
(4)
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ
157
όπου
tV tR
: Θερµοκρασία νερού προσαγωγής, °C : Θερµοκρασία νερού επιστροφής, °C
Εικόνα10: ∆ιάγραµµα απόδοσης τυπικού συστήµατος θέρµανσης δαπέδου Η διαφορά θερµοκρασίας του νερού ∆t είναι
∆t = tV - tR
(5)
Από τις δύο αυτές σχέσεις η διαφορά θερµοκρασίας προκύπτει
∆t = 2(tV – tHm) = 2(tHm – tR)
(6)
H µέση υπερθερµοκρασία του νερού θέρµανσης tuHm έναντι του χώρου είναι
tuHm = tHm – ti
(7)
Στην περίπτωση που η θερµική απόδοση του δαπέδου δεν επαρκεί για την θέρµανση του χώρου, πρέπει να προβλέπεται και συµπληρωµατική θέρµανση από άλλη πηγή για την πλήρη κάλυψη της απαίτησης του χώρου.
4.2 Ψυκτική ισχύς δαπέδου Κατά την ψύξη ο συντελεστής µεταφοράς θερµότητας από το δάπεδο είναι µόνο 7 W/m2K. Η µέγιστη ψυκτική ικανότητα για εσωτερική θερµοκρασία χώρου 26 °C και θερµοκρασία δαπέδου 20 °C είναι 42 W/m2. Η ικανότητα αυτή είναι µικρή και δεν µπορεί να καλύψει τις απαιτήσεις χώρων µε άµεσο ηλιασµό, όπου το φορτίο µπορεί να είναι πάνω από 100 W/m2.
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ
158
Εικόνα 11: Συντελεστές διόρθωσης για επικαλύψεις δαπέδου και για απόκλιση πάχους
5. Σχεδιασµός κυκλωµάτων θέρµανσης Οι βασικές παράµετροι του σχεδιασµού είναι η διάταξη των κυκλωµάτων θέρµανσης, η απόσταση µεταξύ των σωλήνων, η διαφορά θερµοκρασίας προσαγωγής – επιστροφής του νερού και η παροχή. Η ικανότητα θέρµανσης και ψύξης ενός συστήµατος δαπέδου εξαρτάται από την εναλλαγή θερµότητας µεταξύ της επιφανείας του δαπέδου και του χώρου µε συναγωγή και ακτινοβολία, από τη θερµική αγωγή µεταξύ της επιφανείας του δαπέδου και των σωλήνων νερού, δηλαδή από το υλικό επίστρωσης του δαπέδου, το πάχος του σκυροδέµατος, την απόσταση των σωλήνων καθώς και από τη µεταφορά θερµότητας από το νερό, δηλαδή από την παροχή και την διαφορά θερµοκρασίας του νερού. Σε κάθε χώρο προβλέπεται χωριστό κύκλωµα νερού. Η διάταξη του κυκλώµατος και οι αποστάσεις των σωλήνων καθορίζονται από τα χαρακτηριστικά και τις θερµικές απαιτήσεις του χώρου. Σε χώρους µεγάλου εµβαδού µπορεί να απαιτηθούν περισσότερα κυκλώµατα. Σε χώρους µε µεγάλη ειδική θερµική απαίτηση µπορεί να προβλεφθεί µια περιµετρική ζώνη υψηλότερης θερµοκρασίας, πλάτους έως 1 m από τον εξωτερικό τοίχο, µε ένα χωριστό κύκλωµα υψηλότερης θερµοκρασίας νερού ή µι-
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ
159
κρότερης απόστασης σωλήνων. Αυτό µπορεί επίσης να γίνει µε ένα κύκλωµα που διέρχεται πρώτα από την περιµετρική ζώνη µε µικρή απόσταση σωλήνων και στη συνέχεια από τον υπόλοιπο χώρο µε µεγαλύτερη απόσταση σωλήνων, όπως φαίνεται στην Εικόνα 5. Η πτώση πίεσης του νερού καθορίζεται από το µήκος του κυκλώµατος, το οποίο δεν πρέπει να υπερβαίνει µια µέγιστη τιµή που καθορίζεται από τον κατασκευαστή του συστήµατος, έτσι ώστε η πτώση πίεσης να περιορίζεται σε αποδεκτό επίπεδο. Η διάµετρος και ο τύπος του σωλήνα των κυκλωµάτων θέρµανσης καθορίζεται από τον κατασκευαστή κάθε συστήµατος θέρµανσης δαπέδου. Η παροχή νερού κάθε κυκλώµατος σχεδιάζεται µε µια διαφορά θερµοκρασίας προσαγωγής - επιστροφής των 10 Κ. Αυτό, για µέγιστο µήκος κυκλώµατος 120 m, αντιστοιχεί σε µια πτώση θερµοκρασίας 1 Κ ανά 12 m µήκους σωλήνα. Για κυκλώµατα χώρων µε µεγάλο φορτίο η διαφορά θερµοκρασίας περιορίζεται στους 5 Κ, ώστε να αυξάνεται η µέση θερµοκρασία του νερού θέρµανσης και εποµένως η θερµική απόδοση. Στην περίπτωση αυτή, για να αποφευχθεί η µεγάλη πτώση πίεσης, το µήκος του κυκλώµατος πρέπει να είναι µικρότερο.
5.1 Παροχή νερού Η θερµική ισχύς που µεταφέρεται από το νερό στο σύστηµα δαπέδου είναι
όπου
Q = m·cp·(tV - tR) Q m cp tV tR
(8)
: Θερµική ισχύς, W : Παροχή µάζας νερού θέρµανσης, kg/s : Ειδική θερµότητα νερού, 4180 J/kg : Θερµοκρασία νερού προσαγωγής, °C : Θερµοκρασία νερού επιστροφής, °C
Εποµένως η παροχή µάζας του νερού προκύπτει
m = Q/[cp·(tV - tR)] = Q/(cp ∆t)
(9)
και µε αντικατάσταση της τιµής της ειδικής θερµότητας
m = Q/(4180 ∆t) kg/s = Q/(1,16 ∆t) kg/h
(10)
5.2 Πτώση πίεσης νερού Η συνολική πτώση πίεσης του νερού σε ένα κύκλωµα θέρµανσης δαπέδου είναι
∆p = ∆pR + ∆pV
(11)
όπου ∆pR είναι η γραµµική πτώση πίεσης στο σωλήνα του κυκλώµατος και ∆pV οι τοπικές πτώσεις πίεσης στα όργανα διανοµής του κυκλώµατος (διακόπτες κλπ).
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ
160
Εικόνα 12: Γραµµική πτώση πίεσης σε σωλήνα Είναι
∆pR = L·R
(12)
∆pV = Σ∆pi
(13)
Η γραµµική πτώση πίεσης R του σωλήνα δίνεται από τους κατασκευαστές σε διαγράµµατα, συναρτήσει της παροχής νερού, Εικόνα 12 Το µήκος του σωλήνα του κυκλώµατος L υπολογίζεται από το εµβαδόν του θερµαινόµενου δαπέδου ΑFB και την πραγµατική απαίτηση σωλήνα r, η οποία δίνεται σε m/m2 συναρτήσει της απόστασης των σωλήνων στην Εικόνα 7, LΗΚ = r ΑFB. Στο µήκος αυτό προστίθεται και το µήκος από την αρχή του κυκλώµατος µέχρι την είσοδο στο χώρο LZ = 2S, όπου S η διαδροµή από το συλλεκτοδιανοµέα, σε ύψος περίπου 0,90 m από το δάπεδο, µέχρι την είσοδο στο χώρο. L = LΗΚ + LZ (14) Οι τοπικές πτώσεις πίεσης στα όργανα διανοµής (δικλίδες προσαγωγής και επιστροφής) του κυκλώµατος δίνονται σε διαγράµµατα από τους κατασκευαστές, Εικόνα 13 και Εικόνα 14, συναρτήσει της παροχής νερού.
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ
161
Εικόνα 13: Πτώση πίεσης σε θερµοστατική δικλίδα προσαγωγής Η πτώση πίεσης στα κυκλώµατα ενός σταθµού διανοµής πρέπει να εξισορροπηθεί, προκειµένου οι ροές να είναι οι σχεδιαζόµενες. Για να επιτευχθεί αυτό τοποθετείται στο συλλέκτη επιστροφής ρυθµιστική δικλείδα µε ενδείξεις στραγγαλισµού της ροής. Στο διανοµέα προσαγωγής τοποθετείται δικλίδα διακοπής απλή ή θερµοστατική.
Εικόνα 14: Πτώση πίεση σε ρυθµιστική δικλίδα επιστροφής ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ
162
Στην Εικόνα 15 φαίνεται ένας σταθµός διανοµής σε ερµάριο που περιλαµβάνει διανοµέα προσαγωγής µε θερµοστατικές δικλίδες και συλλέκτη επιστροφής µε ρυθµιστικές δικλίδες.
Εικόνα 15: Σταθµός διανοµής συστήµατος θέρµανσης δαπέδου
6. ∆ιαδικασία υπολογισµού θέρµανσης δαπέδου Ο υπολογισµός της θέρµανσης δαπέδου, δηλαδή του τµήµατος της εγκατάστασης µετά το σταθµό διανοµής, είναι µια διαδικασία που βασίζεται σε αποδόσεις και λοιπά χαρακτηριστικά των κατασκευαστικών στοιχείων του συστήµατος που παρέχονται από τον κατασκευαστή. Κάθε εταιρία έχει τη δικιά της µέθοδο υπολογισµού, η οποία υποστηρίζεται συνήθως από εγχειρίδια και ειδικά προγράµµατα λογισµικού. Η διαδικασία υπολογισµού περιλαµβάνει γενικά τον υπολογισµό των θερµικών απαιτήσεων των χώρων, τους υπολογισµούς αποδόσεων ανά χώρο και τους υπολογισµούς παροχών και πτώσεων πίεσης ανά κύκλωµα θέρµανσης. Η διαδικασία υπολογισµού, όπως προτείνεται από µια εταιρία κατασκευής, περιγράφεται συνοπτικά στη συνέχεια. ∆ιευκρινίζεται ότι η διαδικασία αυτή και τα στοιχεία που παρέχονται δεν αποτελούν εργαλείο σχεδιασµού εγκαταστάσεων, αλλά διδακτικό βοήθηµα για την κατανόηση του συστήµατος. Οι υπολογισµοί γίνονται σε ειδικό φύλλο (Εικόνα 16). Για τον υπολογισµό µελέτης και το σχεδιασµό κατασκευής εγκαταστάσεων πρέπει ο µελετητής να συνεργάζεται µε τον κατασκευαστή του συστήµατος θέρµανσης δαπέδου που θα επιλεγεί, έτσι ώστε να εξασφαλίζεται η πιστοποιηµένη εφαρµογή του συστήµατος και η παροχή των απαιτούµενων εγγυήσεων από τον κατασκευαστή.
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ
163
6.1 Θερµικές απαιτήσεις 1. Υπολογισµός θερµικών απαιτήσεων: Οι θερµικές απαιτήσεις των χώρων υπολογίζονται µε βάση ένα αποδεκτό κανονισµό, όπως το DIN 4701. 2. ∆ιορθώσεις των θερµικών απαιτήσεων: Στις θερµικές απαιτήσεις κάθε χώρου, όπως υπολογίζονται µε βάση τον κανονισµό • δεν γίνεται προσαύξηση λόγω διακοπών λειτουργίας, • παραλείπονται οι απώλειες του χώρου από το δάπεδο, δεδοµένου ότι αυτές καλύπτονται απευθείας από το σύστηµα. Σηµειώνεται ότι οι απώλειες αυτές περιλαµβάνονται στον υπολογισµό του λέβητα.
6.2 Υπολογισµοί ανά χώρο 1. Στοιχεία χώρου: Καθορίζονται από τα σχέδια τα στοιχεία κάθε χώρου, όπως συνολικό εµβαδόν A, εµβαδόν εσωτερικής ζώνης AV, εµβαδόν περιµετρικής ζώνης ARZ (A= AV+ ARZ). 2. Θερµοκρασίες: Επιλέγονται οι θερµοκρασίες αέρα του χώρου ti, δαπέδου εσωτερικής ζώνης tFb-V και δαπέδου περιµετρικής ζώνης tFb-R (Πίνακας 1). 3. Θερµική απαίτηση του χώρου: Από τη συνολική θερµική απαίτηση και το συνολικό εµβαδόν και του χώρου υπολογίζεται η ειδική θερµική απαίτηση q=Q/A. 4. Θερµική ισχύς δαπέδου του χώρου: Με βάση τις επιλεγµένες θερµοκρασίες υπολογίζονται (διάγραµµα της Εικόνας 10) η κανονική θερµική απόδοση του δαπέδου qV max, QNutz= qV max·A και εφόσον αυτή δεν επαρκεί για την κάλυψη της θερµικής απαίτησης του χώρου (Q>QNutz ), η απόδοση της περιµετρικής ζώνης qRZ max, η πρόσθετη θερµική απαίτηση από την περιµετρική ζώνη ∆QRZ=Q-QNutz, η πρόσθετη ειδική θερµική απαίτηση της περιµετρικής ζώνης ∆qRZ=∆QRZ / ARZ και η συνολική ειδική θερµική απαίτηση της περιµετρικής ζώνης qRZ=qV max+ ∆qRZ. Για να καλύπτεται η θερµική απαίτηση του χώρου πρέπει qRZ<=qRZ max. 5. Υπόλοιπη θερµική απαίτηση χώρου: Στην περίπτωση που δεν καλύπτεται η θερµική απαίτηση του χώρου υπολογίζονται η µέγιστη απόδοση της εσωτερικής ζώνης QV max=qV max·AV, η µέγιστη απόδοση της περιµετρικής ζώνης QRZ max=qRZ max·ARZ και η µέγιστη συνολική θερµική απόδοση του δαπέδου του χώρου QGes= QV max+ QRZ max. Η υπόλοιπη θερµική απαίτηση του χώρου, η οποία πρέπει να καλυφθεί από άλλη πηγή θέρµανσης, είναι QRest=QQGes. 6. Συντελεστές διόρθωσης: Υπολογίζονται οι προσαυξήσεις των θερµικών απαιτήσεων των χώρων q λόγω των αποκλίσεων από τα στοιχεία του δαπέδου αναφοράς στο οποίο αναφέρονται τα διαγράµµατα ή οι πίνακες αποδόσεων. • Γίνεται προσαύξηση για πάχη δαπέδων αποκλίνοντα από το πάχος αναφοράς των 40 mm, σύµφωνα µε το συντελεστή f1 του διαγράµµατος της Εικόνας 11.
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ
164
•
Ακολουθεί προσαύξηση λόγω της επικάλυψης του δαπέδου, σύµφωνα µε τους συντελεστές f2 του διαγράµµατος της Εικόνας 11. Ο συνολικός συντελεστής προσαύξησης f=f1·f2 εφαρµόζεται στην ειδική θερµική απαίτηση του χώρου q για να υπολογιστεί η διορθωµένη ειδική θερµική απαίτηση qΚ= f·q που θα εφαρµοσθεί στους υπολογισµούς των κυκλωµάτων θέρµανσης, προκειµένου να ληφθούν υπόψη οι υψηλότερες απαιτήσεις έναντι του δαπέδου αναφοράς λόγω της επίδρασης του πρόσθετου πάχους πλάκας και της τελικής κάλυψης.
6.3 Υπολογισµοί ανά κύκλωµα 1. Θερµοκρασία νερού: Υπολογίζεται αρχικά η διορθωµένη θερµική απαίτηση του κυκλώµατος του χώρου qΚ=f1·f2·q και επιλέγεται η απόσταση τοποθέτησης των σωλήνων και η µέση υπερθερµοκρασία του νερού tuHm του κυκλώµατος (διάγραµµα της Εικόνας 10). Στη συνέχεια υπολογίζεται η µέση θερµοκρασία του νερού tHm=tuHm+ti. 2. Μήκος σωλήνα: Υπολογίζεται το πραγµατικό µήκος σωλήνα στην επιφάνεια του θερµαινόµενου δαπέδου LΗΚ = r ΑFB, το µήκος προσαγωγής του σωλήνα LZ και το συνολικό µήκος L = LΗΚ + LZ . Πρέπει L <= LΗmax (120 m). 3. Πτώση θερµοκρασίας νερού: Η πτώση της θερµοκρασίας του νερού υπολογίζεται από το µήκος του κυκλώµατος µε την παραδοχή πτώσης 1 Κ ανά 12 m µήκους σωλήνα ∆t=L/12. 4. Παροχή µάζας νερού: Από τη διορθωµένη θερµική απαίτηση QK= qΚ·A και τη διαφορά θερµοκρασίας ∆t υπολογίζεται η παροχή µάζας νερού m=Q/(1,16∆t) = Q·0,86/∆t του κυκλώµατος. 5. Πτώση πίεσης του κυκλώµατος: Από το διάγραµµα παροχής-πτώσης πίεσης του σωλήνα (Εικόνα 12) ευρίσκεται η πτώση πίεσης R ανά m µήκους σωλήνα και στη συνέχεια υπολογίζεται η συνολική πτώση πίεσης ∆pR = L·R. Κατόπιν ευρίσκεται η πτώση πίεσης της βαλβίδας προσαγωγής ∆pV (Εικόνα 13) και η συνολική πτώση πίεσης ∆p=∆pR+∆pV του κυκλώµατος. Αφού υπολογισθούν οι πτώσεις πίεσης όλων των κυκλωµάτων του σταθµού διανοµής ευρίσκεται το κύκλωµα µε τη µεγαλύτερη πτώση πίεσης ∆pmax και τα υπόλοιπα κυκλώµατα στραγγαλίζονται µε κατάλληλη ρύθµιση της βαλβίδας επιστροφής ώστε να έχουν όλα την αυτή πτώση πίεσης, ίση µε τη µέγιστη. Η ρύθµιση γίνεται µε βάση τη διαφορά ∆pmax-∆p κάθε κυκλώµατος µε τη βοήθεια του διαγράµµατος πτώσης πίεσης της ρυθµιστικής βαλβίδας επιστροφής (Εικόνα 14).
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ
165
Βιβλιογραφία 1. Recknagel-Sprenger-Hönmann, Taschenbuch für Heizung + Klima Technik, Oldenbourg 92/93. 2. ASHRAE Handbook, 2001 Fundamentals. 3. ASHRAE Handbook, 2000 HVAC Systems and Equipment. 4. Buderus, Handbuch für Heizungs-Technik, Beuth 1994. 5. BS EN 1264-1,2,3,4: Floor Heating Systems and Components. 6. Bjarne W. Olesen, Radiant Floor Heating In Theory and Practice, ASHRAE Journal, July 2002. 7. THYSSEN POLYMER GMBH, Gabotherm CONSTRUCTA Flächenheizungs-System, Technische Information. 8. Gabotherm, Gabotherm HEATING SYSTEMS, gaboflex SANITATION SYSTEMS, Technical Information. 9. Polytherm, Warmasser Fussbodenheizung. 10. ROTEX, ΕΝ∆Ο∆ΑΠΕ∆ΙΑ ΘΕΡΜΑΝΣΗ VARIO PERFECT, Τεχνικό εγχειρίδιο.
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ
166
Εικόνα 14: Φύλλο υπολογισµού θέρµανσης δαπέδου
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ
167
ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ: ΠΑΡΑ∆ΕΙΓΜΑΤΑ
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ
168
1. ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΑ ΠΑΡΑ∆ΕΙΓΜΑΤΑ 1.1 Να ευρεθεί η θεωρητική ειδική θερµική απόδοση του δαπέδου χώρου µε ti =22 °C και tFB =28 °C. Λύση Από τη σχέση (3) µε α = 11 W m 2K qFB = a ⋅ (tFB − t i ) = 11× (28 − 22) W m 2 = 66 W m 2 1.2
Να ευρεθεί η απαιτούµενη θερµοκρασία δαπέδου χώρου µε ειδική θερ-
µική απαίτηση q = 100 W m2 και t i = 20 °C. Λύση Πρέπει qFB = q Από τη σχέση (3) q 100 °C = 29 °C t FB = t i + = 20 + α 11 1.3 Σε ένα κύκλωµα ενδοδαπέδιας θέρµανσης είναι tv=45 °C, tuHm =21 °C και ti =20 °C. Ζητούνται τα µεγέθη ∆t, tHm, tR. Λύση Από τη σχέση (7) t Hm = t uHm + t i = 21+ 20 °C = 41 °C Από τη σχέση (6) ∆t = 2 ⋅ (t v − tHm ) = 2 × (45 − 41) °C = 8 °C Από τη σχέση (5) tR = t v − ∆t = 45 − 8 °C = 37 °C 1.4 Κύκλωµα θέρµανσης δαπέδου έχει ισχύ 1400 W και ∆t = 8 °C. Να υπολογισθεί η απαιτούµενη παροχή νερού. Λύση Από τη σχέση (10) & = Q (1,16 ∆t) = Q ⋅ 0.86 ∆t = 1400 × 0,86/8 = 1204/8 = 150,50 kg h m 1.5 Κύκλωµα ενδοδαπέδιας θέρµανσης έχει παροχή νερού 200 kg/h και µήκος 100 m. Ζητείται η γραµµική πτώση πίεσης. Λύση Από το διάγραµµα της εικόνας 12 & = 200 kg h είναι R = 130 Pa/m για m Από τη σχέση (12) ∆pR = L ⋅ R = 100 × 130 Pa = 13000 Pa
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ
169
2. ΠΑΡΑ∆ΕΙΓΜΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ Να υπολογιστούν τα κυκλώµατα ∆ωµάτιο 1 – 1470 W – 20 m2 ∆ωµάτιο 2 – 1440 W – 20 m2 ∆ωµάτιο 3 – 1425 W – 13 m2 ∆ωµάτιο 4 – 685 W – 13 m2 ∆ωµάτιο 5 – 715 W – 8 m2
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ
170
∆ωµάτιο 1 – Κύκλωµα Νr 1 Θερµοκρασία 20°C 1. Θερµαινόµενη επιφάνεια δαπέδου A Fb = 20 m 2
2. Εσωτερική ζώνη A ν = 13,7 m 2 3. Εξωτερική ζώνη A RZ = 6,3 m2
(13,7 + 6,3 = 20)
4. Θερµοκρασία χώρου
t i = 20 °C Θερµοκρασία δαπέδου εσωτερικής ζώνης t Fb - Verveilzone = 29 °C Θερµοκρασία δαπέδου περιµετρικής ζώνης t Fb -Randzone = 31 °C 5. Θερµική απαίτηση καθαρή Q = 1470 W
6. Ειδική θερµική απαίτηση καθαρή q=
{5} = Q {1} A Fb
=
1470 = 73,5 ≈ 75 W m 2 20
7. Ειδική θερµική ισχύς δαπέδου κανονική q V max Από το διάγραµµα t Fb − qsp για t Fb = 29 °C και t i = 20 °C είναι q V max = 105 W m 2 8. Κανονική θερµική ισχύς δαπέδου
QFb = {7 }× {1} = qV max ⋅ A Fb = 105 × 20 = 2100 W 9. Πρόσθετη ειδική θερµική ισχύς δαπέδου περιµετρικής ζώνης
qRZ max
(όπως 7)
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ
171
10. Πρόσθετη θερµική ισχύς δαπέδου περιµετρικής ζώνης ∆QRZ = {5 }− {8 } = Q − QFb
εφόσον Q > Q Fb
11. Πρόσθετη ειδική θερµική ισχύς δαπέδου περιµετρικής ζώνης
∆qRZ = {10 } {3 } = ∆QRZ A RZ 12. Συνολική ειδική θερµική ισχύς δαπέδου περιµετρικής ζώνης
qRZ = {7 }+ {11} = q V max + ∆qRZ ≤ qRZ max 13. Μέγιστη ισχύς εσωτερικής ζώνης
Q V max = {7 }× { 2 } = qV max ⋅ A V 14. Μέγιστη ισχύς περιµετρικής ζώνης
QRZ max = {9 }× {3 } = qRZ max ⋅ A RZ 15. Συνολική µέγιστη ισχύς
QGes max = {13 }+ {14 } = Q V max + QRZ max Υπόλοιπη θερµική απαίτηση Q Rest = Q + Q Ges max = { 5 } − {15 }
16. Συντελεστές διόρθωσης Μπετόν πάχους 40 mm πάνω από σωλήνες. ∆ιάγραµµα πάχους - συντελεστή f1=1,0 17. Επίστρωση δαπέδου Χαλί µε πάχος 7 mm, λ=0,07. ∆ιάγραµµα πάχους – συντελεστή f2=1,48 18. ∆ιορθωµένη θερµική απαίτηση qK = {16 }× {17 }× { 6 } = f1 ⋅ f2 ⋅ q W m2 = 1,0 × 1,48 × 75 = 111 W m 2 ≅ 110 W m 2 Απόσταση σωλήνων 20 cm t Hm − q t uHm = 27 °C Από διάγραµµα 19. Μέση θερµοκρασία νερού t Hm = {19 } + { 4 } = t i + t uHm = 27 + 20 = 47 °C 20. Μήκος σωλήνα κυκλώµατος
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ
172
Μήκος θερµαντικής επιφάνειας LFb = 5 m m 2 × 20 m 2 = 100 m Μήκος προσαγωγής L z = 2 × 5 m = 10 m Συνολικό µήκος L = 100 + 10 = 110 m < max 120 m
21. Πτώση θερµοκρασίας νερού
∆t = L 12 = 110 12 ≈ 9 K 22. ∆ιορθωµένη θερµική απαίτηση
QK = A Fb ⋅ qK = {1}× {18 } W =
= {1}× {18 }× 0,86 Kcal h = = 20 × 110 × 0,86 = 1892 ≈ 1890 Kcal h Παροχή νερού & = QK = { 22 } kg h = 1890 9 = 210 kg h m ∆t { 21} 23. Πτώση πίεσης σε 1 m σωλήνα
& = 210 kg h m Από διάγραµµα
& − R R = 145 Ρα m
24. Συνολική πτώση πίεσης σωλήνα ∆pR = R ⋅ L = { 20 }× { 23 } Pa = 110 × 145 = 15950 Pa = 1595 mmWS < max2000 mmWS 25. Πτώση πίεσης βαλβίδας διακοπής
& = 210 kg h Ανοικτή βαλβίδα για m Από διάγραµµα ∆pR = 1050 Pa 26. Συνολική πτώση πίεσης κυκλώµατος
∆p = ∆pR + ∆p ν = { 24 } + { 25 } = 15950 + 1050 = 17000 Pa 27. Απαιτούµενη πτώση πίεσης βαλβίδας ρύθµισης ∆p = ∆pmax − ∆p = ∆pmax − { 26 } Από διάγραµµα.
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ
173
∆ΩΜΑΤΙΟ 4 – ΚΥΚΛΩΜΑ Νr 4 Θερµοκρασία 18°C 1. A Fb = 13 m 2 2. A Fb,V = 8 m2 3. A Fb,RZ = 5 m2 4. t i = 18 °C t Fb, V = 29 °C t Fb,RZ = 31 °C
5. Q = 685 W 6. q =
{5 } = 685 = 52,6 ≈ 55 W m2 Q = A Fb {1} 13
7. Για t Fb, V = 29 °C και t i = 18 °C Από διάγραµµα t Fb − q q V max = 128 W m 2 8. Q ν = A Fb ⋅ qV max = {1}× {7 } = 13 × 128 = 1664 ≈ 1665 W
9. έως 15.
Q < Qv QR est = 0
16. Πάχος δαπέδου πάνω από σωλήνες 40 mm. Από διάγραµµα συντ. διόρθωσης f1 = 1,0 17. Επίστρωση δαπέδου µε PVC, πάχους 3 mm και λ=0,23 Από διάγραµµα συντ. διόρθωσης f2 = 1,07 18. qK = f1 ⋅ f2 ⋅ q = {16 }× {17 }× { 6 } = 1,0 × 1,07 × 55 = 58,8 ≈ 60 W m2
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ
174
19. Από διάγραµµα t H − q µε qu = 60 W m 2 Απόσταση σωλήνων 20 cm και t uHm = 14 °C t Hm = t i + t uHm = { 4 }+ {19 } = 18 + 14 = 32 °C 20. Μήκος σωλήνα θερµ. επιφάνειας LFb = r ⋅ A Fb = 5 m m 2 × {1} = 5 × 13 = 65 m Μήκος σωλήνα οδεύσεων (προσαγωγή + επιστροφή) Lz = 2× 3 = 6 m Συνολικό µήκος L = LFb + L z = 65 + 6 = 71 m <120 m
21. ∆t νερού
∆t = L 12 = 71 12 = 5,9 ≈ 6 K 22. QK = A Fb ⋅ qK = {1}× {18 } W
= {1}× {18 }× 0,86 kcal h = 13 × 60 × 0,86 = 670,8 ≈ 670 kcal h Παροχή νερού & = Qκ = { 22 } kg h m Cp ⋅ ∆t 1,0 × { 21} =
670 = 111,6 ≈ 110 kg h 6
& = 110 kg h 23. Για m
& R R = 48 Pa Από διάγραµµα m− 24. ∆pR = R ⋅ L = { 23 }× { 20 } = 48 × 71 = 3408 ≈ 3410 Pa
& = 110 kg h 25. Για m Από διάγραµµα βαλβίδας ∆p v = 400 Pa 26. ∆p = ∆pR + ∆p v = { 24 }+ {25 } = 3410 + 400 = 3810 Pa = 381 mmWS < 2000 mmWS Απαίτηση ∆p βαλβίδας ρύθµισης= ∆p max − ∆p = 17000 − 3810 = 13190 Pa
& = 110 kg h Από διάγραµµα βαλβίδας επιστροφής για m Ρύθµιση 1,9.
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ
175
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ
176
3. ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΑ ∆ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ
Λέβητας υψηλών θερµοκρασιών
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ
177
Συνδυασµός µε θερµαντήρα νερού χρήσης
Συνδυασµός µε θερµαντικά σώµατα
ΘΕΡΜΑΝΣΗ ∆ΑΠΕ∆ΟΥ