Kako napraviti proračun toplog poda na primjeru vodenog sustava

Na učinkovitost podnog grijanja utječu mnogi čimbenici. Bez njihovog uzimanja u obzir, čak i ako je sustav ispravno instaliran i za njegovu izgradnju korišteni najsuvremeniji materijali, stvarna toplinska učinkovitost neće opravdati očekivanja.

Iz tog razloga montažnim radovima mora prethoditi kvalitetan izračun podnog grijanja, i tek tada se može jamčiti dobar rezultat.

Izrada projekta sustava grijanja nije jeftina, stoga mnogi kućni majstori sami provode izračune. Složite se, ideja smanjenja troškova za uređenje podnog grijanja čini se vrlo primamljivom.

Mi ćemo vam pokazati kako izraditi projekt, koje kriterije uzeti u obzir pri odabiru parametara sustava grijanja i opisati korak po korak metodiku izračuna. Radi preglednosti pripremili smo primjer izračuna podnog grijanja.

Polazni podaci za izračun

Ispravno planiran tijek projektnih i montažnih radova u početku će vas poštedjeti neočekivanosti i neugodnih problema u budućnosti.

Pri izračunu podnog grijanja potrebno je polaziti od sljedećih podataka:

• materijala zidova i značajki njihove konstrukcije;
• dimenzija prostorije u tlocrtu;
• vrste završne obloge;
• konstrukcije vrata, prozora i njihovog položaja;
• položaja elemenata konstrukcije u tlocrtu.

Za kvalitetno projektiranje potrebno je obvezno uzeti u obzir postavljeni temperaturni režim i mogućnost njegove regulacije.

Za grubi izračun uzima se da 1 m² sustava grijanja mora nadoknaditi gubitke topline od 1 kW. Ako se vodeni krug grijanja koristi kao dodatak glavnom sustavu, tada mora pokriti samo dio toplinskih gubitaka

Postoje preporuke o temperaturi poda koja osigurava ugodan boravak u prostorijama različite namjene:

• 29°C – stambena zona;
• 33°C – kupka, prostorije s bazenom i druge s visokom vlagom;
• 35°C – hladne zone (kod ulaznih vrata, vanjskih zidova i sl.).

Prekoračenje ovih vrijednosti dovodi do pregrijavanja kako samog sustava, tako i završne obloge s kasnijim neizbježnim oštećenjem materijala.

Nakon preliminarnih proračuna, može se odabrati optimalna temperatura toplinskog medija prema osobnim osjećajima, odrediti opterećenje na krug grijanja i nabaviti pumpnu opremu koja besprijekorno obavlja poticanje kretanja toplinskog medija. Ona se bira s rezervom od 20% u protoku toplinskog medija.

Puno vremena odlazi na zagrijavanje estriha debljine veće od 7 cm. Stoga se pri postavljanju vodenih sustava nastoji ne prekoračiti navedenu granicu. Najprikladnijim pokrovom za vodene podove smatra se podna keramika, ispod parketa se zbog njegove iznimno niske toplinske provodljivosti topli podovi ne postavljaju.

U fazi projektiranja treba odlučiti hoće li topli pod biti glavni opskrbljivač toplinom ili će se koristiti samo kao dodatak radijatorskom krugu grijanja. O tome ovisi udio gubitaka toplinske energije koje će on morati nadoknaditi. On može iznositi od 30% do 60% s varijacijama.

Vrijeme zagrijavanja vodenog poda ovisi o debljini elemenata koji ulaze u estrih. Voda kao toplinski medij vrlo je učinkovita, ali sam sustav odlikuje se složenošću u montaži.

Određivanje parametara podnog grijanja

Cilj proračuna je dobivanje vrijednosti toplinskog opterećenja. Rezultat ovog proračuna utječe na sljedeće korake koje treba poduzeti. S druge strane, na toplinsko opterećenje utječe srednja vrijednost zimske temperature u određenoj regiji, pretpostavljena temperatura unutar prostorija, koeficijent prijenosa topline stropa, zidova, prozora i vrata.

Uzrok gubitka topline su loše izolirani zidovi, prozori, vrata kuće. Najveći postotak topline odlazi kroz ventilacijski sustav i krov (+)

Konačni rezultat proračuna prije postavljanja toplog poda vodenog tipa ovisit će i o prisutnosti dodatnih uređaja za grijanje, uključujući toplinsko oslobađanje ljudi koji žive u kući i kućnih ljubimaca. Obavezno se u proračunu uzima u obzir prisutnost infiltracije.

Jedan od važnih parametara je konfiguracija soba, stoga će biti potreban tlocrt kuće i odgovarajući presjeci.

Metodika izračuna gubitaka topline

Nakon što odredite ovaj parametar, saznat ćete koliko topline pod mora proizvesti za udoban osjećaj ljudi u sobi, te ćete moći odabrati kotao, pumpu i pod prema snazi. Drugim riječima: toplina koju odaju grijaći krugovi mora kompenzirati toplinske gubitke zgrade.

Odnos između ova dva parametra izražava formula:

Mp = 1,2 x Q, gdje

• Mp – potrebna snaga krugova;
• Q – gubici topline.

Za određivanje drugog pokazatelja provode se mjerenja i izračuni površina prozora, vrata, međukatnih konstrukcija i vanjskih zidova. Budući da će pod biti grijan, površina ove ogradne konstrukcije se ne uzima u obzir. Mjerenja se izvode s vanjske strane, uključujući uglove zgrade.

U izračunu će se uzeti u obzir i debljina i koeficijent toplinske provodljivosti svake konstrukcije. Normativne vrijednosti koeficijenta toplinske provodljivosti (λ) za najčešće korištene materijale mogu se uzeti iz tablice.

Iz tablice se može uzeti vrijednost koeficijenta za proračun. Važno je od dobavljača saznati vrijednost toplinskog otpora materijala ako se ugrađuju prozori od metal-plastike (+)

Proračun toplinskih gubitaka provodi se zasebno za svaki element zgrade, koristeći formulu:

Q = 1/R*(tv-tn)*S x (1+∑b), gdje

• R – toplinski otpor materijala od kojeg je izrađena ogradna konstrukcija;
• S – površina konstrukcijskog elementa;
• tv i tn – unutarnja i vanjska temperatura, pri čemu se drugi pokazatelj uzima prema najnižoj vrijednosti;
• b – dodatni gubici topline povezani s orijentacijom zgrade u odnosu na strane svijeta.

Pokazatelj toplinskog otpora (R) nalazi se dijeljenjem debljine konstrukcije s koeficijentom toplinske provodljivosti materijala od kojeg je izrađena.

Vrijednost koeficijenta b ovisi o orijentaciji kuće:

• 0,1 – sjever, sjeverozapad ili sjeveroistok;
• 0,05 – zapad, jugoistok;
• 0 – jug, jugozapad.

Ako se problem razmotri na bilo kojem primjeru proračuna vodenog toplog poda, postaje jasniji.

Konkretan primjer izračuna

Pretpostavimo da su zidovi kuće za povremeno stanovanje debljine 20 cm izrađeni od plinobetonskih blokova. Ukupna površina ogradnih zidova, nakon oduzimanja prozorskih i vratnih otvora, iznosi 60 m². Vanjska temperatura je -25°C, unutarnja +20°C, konstrukcija je orijentirana prema jugoistoku.

Uzimajući u obzir da je koeficijent toplinske provodljivosti blokova λ = 0,3 W/(m°C), mogu se izračunati toplinski gubici kroz zidove: R=0,2/0,3= 0,67 m²°C/W.

Toplinski gubici se primjećuju i kroz sloj žbuke. Ako je njegova debljina 20 mm, tada je Ržb. = 0,02/0,3 = 0,07 m²°C/W. Zbroj ova dva pokazatelja dat će vrijednost toplinskih gubitaka kroz zidove: 0,67+0,07 = 0,74 m²°C/W.

Imajući sve polazne podatke, uvrštavaju ih u formulu i dobivaju toplinske gubitke prostorije s takvim zidovima: Q = 1/0,74*(20 — (-25)) *60*(1+0,05) = 3831,08 W.

Na isti način izračunavaju se toplinski gubici kroz ostale ogradne konstrukcije: prozore, vratne otvore, krov.

Topline koju odaju ogrjevni krugovi može biti nedovoljno za zagrijavanje zraka unutar kuće do potrebne vrijednosti ako je njihova snaga podcijenjena. Pri prekomjernoj snazi doći će do prekomjernog utroška toplinskog medija.

Za određivanje toplinskih gubitaka kroz strop uzima se njegov toplinski otpor jednak vrijednosti za planirani ili postojeći tip izolacije: R = 0,18/0,041 = 4,39 m²°C / W.

Površina stropa identična je površini poda i iznosi 70 m². Uvrštavanjem ovih vrijednosti u formulu dobivaju se toplinski gubici kroz gornju ogradnu konstrukciju: Q strop. = 1/4,39*(20 — (-25))* 70* (1+0,05) = 753,42 W.

Kako bi se odredili toplinski gubici kroz površinu prozora, potrebno je izračunati njihovu površinu. Uz 4 prozora širine 1,5 m i visine 1,4 m njihova ukupna površina iznosi: 4*1,5*1,4 = 8,4 m².

Ako proizvođač zasebno navodi toplinski otpor za staklenu jedinicu i profil — 0,5 i 0,56 m²°C/W, tada je Rproz. = 0,5*90+0,56*10)/100 = 0,56 m²°C/W. Ovdje su 90 i 10 udjeli koji pripadaju svakom elementu prozora.

Na temelju dobivenih podataka, nastavljaju daljnje izračune: Qproz. = 1/0,56*(20 — (-25))*8,4*(1+0,05) = 708,75 W.

Vanjska vrata imaju površinu 0,95*2,04 = 1,938 m². Tada je Rvr. = 0,06/0,14 = 0,43 m²°C/W. Q vr. = 1/0,43*(20 — (-25))* 1,938*(1+0,05) = 212,95 W.

Budući da se vanjska vrata često otvaraju, kroz njih gubi se velika količina topline. Stoga je važno osigurati njihovo čvrsto zatvaranje.

U konačnici, toplinski gubici iznose: Q = 3831,08 +753,42 + 708,75 + 212,95 + 7406,25 = W.

Ovom rezultatu dodaje se još 10% na infiltraciju zraka, tada je Q = 7406,25+740,6 = 8146,85 W.

Sada se može odrediti i toplinska snaga poda: Mpod = 1,*8146,85 = 9776,22 W ili 9,8 kW.

Potrebna toplina za zagrijavanje zraka

Ako je kuća opremljena ventilacijskim sustavom, tada se dio topline koji proizvodi izvor mora trošiti na zagrijavanje zraka koji dolazi izvana.

Za izračun koristi se formula:

Qzr. = c*m*(t_unut—t_van), gdje

• c = 0,28 kg°C i označava toplinski kapacitet zračne mase;
• m simbol označava maseni protok vanjskog zraka u kg.

Posljednji parametar dobiva se množenjem ukupnog volumena zraka, koji je jednak volumenu svih prostorija uz uvjet da se zrak obnavlja svakog sata, s gustoćom koja se mijenja ovisno o temperaturi.

Na grafikonu je prikazana ovisnost gustoće zraka o njegovoj temperaturi. Podaci su potrebni za izračun količine topline potrebne za zagrijavanje zračne mase koja ulazi u kuću kao rezultat prisilne ventilacije (+).

Ako u zgradu ulazi 400 m³/h, tada je m=400*1,422 = 568,8 kg/h. Qv. = 0,28*568,8*45 = 7166,88 W.

U tom će se slučaju potrebna toplinska snaga poda znatno povećati.

Izračun potrebne količine cijevi

Za izradu poda s vodenim grijanjem odabiru se različite metode polaganja cijevi, koje se razlikuju po obliku: zmija tri vrste – sama zmija, kutna, dvostruka i puž. U jednom montiranom krugu može se pojaviti kombinacija različitih obilka. Ponekad se za središnju zonu poda odabire „puž“, a za rubove jedan od obilka „zmije“.

„Puž“ je racionalan izbor za prostrane prostorije jednostavne geometrije. U prostorijama koje su izdužene ili imaju složene oblike, bolje je primijeniti „zmiju“ (+).

Udaljenost između cijevi naziva se korakom. Pri odabiru ovog parametra potrebno je zadovoljiti dva zahtjeva: stopalo ne smije osjetiti razliku temperature na pojedinim zonama poda, a cijevi treba koristiti što učinkovitije.

Za granične zone poda preporučuje se primjena koraka od 100 mm. Na ostalim područjima moguće je odabrati korak u rasponu od 150 do 300 mm.

Važnu ulogu ima toplinska izolacija poda. Na prvom katu njezina debljina mora biti najmanje 100 mm. U tu se svrhu koristi mineralna vuna ili ekstrudirani polistiren.

Za izračun duljine cijevi postoji jednostavna formula:

L = S/N*1.1, gdje

• S – površina kruga;
• N – korak polaganja;
• 1,1 – dodatak za savijanje 10%.

Konačnoj vrijednosti dodaje se duljina cijevi položene od razdjelnika do razvoda toplog kruga, kako na povratu tako i na dovodu.

Primjer proračuna.

Polazne vrijednosti:

• površina – 10 m²;
• udaljenost do razdjelnika – 6 m;
• korak polaganja – 0,15 m.

Rješenje zadatka je jednostavno: 10/0,15*1,1+(6*2) = 85,3 m.

Koristeći metaloplastične cijevi duljine do 100 m, najčešće se odabire promjer 16 ili 20 mm. Pri duljini cijevi od 120-125 m, njezin presjek treba biti 20 mm².

Jednokružna konstrukcija prikladna je samo za prostoriju s malom površinom. Pod u velikim sobama dijeli se na nekoliko petlji u omjeru 1:2 – duljina konstrukcije mora biti dvostruko veća od širine.

Prethodno izračunana vrijednost je ukupna duljina cijevi za pod u cjelini. Međutim, radi cjelovitosti slike potrebno je izdvojiti duljinu pojedine petlje.

Na ovaj parametar utječe hidraulički otpor petlje, koji je određen promjerom odabranih cijevi i količinom vode koja se dovodi u jedinici vremena. Ako se zanemare ovi čimbenici, gubici tlaka bit će toliko veliki da nikakva pumpa neće natjerati toplinski medij da cirkulira.

Određivanje potrošnje cijevi u ovisnosti o odabranom koraku polaganja

Petlje jednake duljine idealan su slučaj, ali se u praksi rijetko javljaju, jer se površine prostorija različite namjene jako razlikuju i dovođenje duljina petlji na jednu vrijednost jednostavno nije svrhovito. Profesionalci dopuštaju razliku u duljini cijevi od 30 do 40%.

Veličinom promjera kolektora i protočnom sposobnošću miješajućeg čvora (kolektora) određuje se dopušteni broj petlji koje su na njega spojene. U tehničkom listu miješajućeg čvora uvijek se može naći vrijednost toplinskog opterećenja za koje je projektiran.

Pretpostavimo da je koeficijent protočne sposobnosti (Kvs) jednak 2,23 m³/h. Pri takvom koeficijentu određeni modeli pumpi podnose opterećenje od 10 do 15 W.

Da bi se odredio broj petlji, potrebno je izračunati toplinsko opterećenje svake. Ako je površina koju zauzima topli pod jednaka 10 m², a toplinska predaja 1 m², tada je pokazatelj Kvs 80 W, dakle 10*80 = 800 W. To znači da miješajući čvor može osigurati 15 000/800 = 18,8 prostorija ili petlji površine 10 m².

Ovi pokazatelji su maksimalni i moguće ih je primijeniti samo teoretski, a u stvarnosti je potrebno smanjiti brojku za najmanje 2, tada je 18 – 2 = 16 petlji.

Potrebno je pri odabiru miješajućeg čvora (kolektora) provjeriti ima li dovoljan broj izvoda.

Provjera ispravnosti odabira promjera cijevi

Da bi ste provjerili je li presjek cijevi ispravno odabran, možete se poslužiti formulom:

υ = 4*Q*10ᶾ/n*d²

Kada brzina odgovara pronađenoj vrijednosti, presjek cijevi je ispravno odabran. Normativni dokumenti dopuštaju brzinu do najviše 3 m/s za promjer do 0,25 m, ali optimalna vrijednost je 0,8 m/s, jer povećanje brzine povećava efekt buke u cijevi.

Dodatne informacije o izračunu cijevi toplog poda date su u ovom članku.

Izračunavamo cirkulacijsku pumpu

Da bi sustav bio ekonomičan, potrebno je odabrati cirkulacijsku pumpu koja osigurava potreban tlak i optimalan protok vode u petljama. U tehničkim listovima pumpi obično se navodi tlak u najduljoj petlji i ukupni protok toplinskog medija u svim petljama.

Na tlak utječu hidraulički gubici:

∆ h = L*Q²/k1, gdje

• L — duljina kruga;
• Q — protok vode l/s;
• k1 — koeficijent koji karakterizira gubitke u sustavu, vrijednost se može uzeti iz referentnih tablica za hidrauliku ili iz tehničkog lista opreme.

Poznavajući vrijednost tlaka, izračunava se protok u sustavu:

Q = k*√H, gdje

k — koeficijent protoka. Stručnjaci uzimaju protok na svakih 10 m² kuće u rasponu od 0,3-0,4 l/s.

Među sastavnicama toplog vodenog poda posebna se uloga daje cirkulacijskoj crpki. Samo jedinica čija snaga premašuje stvarni protok toplinskog medija za 20 % moći će svladati otpor u cijevima.

Brojke koje se odnose na vrijednost tlaka i protoka navedene u tehničkom listu ne treba shvaćati doslovno — to je maksimum, a stvarno na njih utječu duljina i geometrija mreže. Pri prevelikom tlaku smanjuje se duljina kruga ili povećava promjer cijevi.

Preporuke za odabir debljine estriha

U priručnicima se mogu naći podaci da minimalna debljina estriha iznosi 30 mm. Kada je prostorija prilično visoka, ispod estriha se postavlja izolacija koja povećava učinkovitost korištenja topline koju daje grijaći krug.

Najpopularniji materijal za podlogu je ekstrudirani polistiren. Njegov otpor prijenosu topline znatno je niži od betona.

Prilikom izrade estriha, kako bi se uravnotežila linearna širenja betona, perimetar prostorije se obrubljuje dilatacijskom trakom. Važno je pravilno odabrati njezinu debljinu. Stručnjaci savjetuju da se za prostorije površine do 100 m² postavi kompenzacijski sloj od 5 mm.

Ako je vrijednost površine veća zbog duljine koja prelazi 10 m, debljina se izračunava prema formuli:

b = 0,55*L, gdje

L – duljina sobe u m.

Zaključci i koristan video na temu

O proračunu i montaži toplog hidrauličkog poda ovaj video materijal:

U videu su dane praktične preporuke za polaganje poda. Informacije će pomoći da se izbjegnu pogreške koje obično čine amateri:

Proračun omogućuje projektiranje sustava «topli pod» s optimalnim radnim pokazateljima. Dopušteno je montirati grijanje koristeći se podacima iz tehničkog lista i preporukama.

Radit će, ali stručnjaci ipak savjetuju potrošiti vrijeme na proračun kako bi na kraju sustav trošio manje energije.

Imate iskustva u provođenju proračuna toplog poda i pripremi projekta grijaćeg kruga? Ili imate pitanja o temi? Molimo podijelite svoje mišljenje i ostavite komentare.