1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10/10 10,00оценок: 10

Водяной ТП: моделируем "пирог" и делаем выводы

Тема в разделе "Системы "Теплый пол"", создана пользователем Vadimekum, 23.05.13.

  1. Vadimekum
    Регистрация:
    22.05.13
    Сообщения:
    53
    Благодарности:
    184

    Vadimekum

    Участник

    Vadimekum

    Участник

    Регистрация:
    22.05.13
    Сообщения:
    53
    Благодарности:
    184
    Адрес:
    Санкт-Петербург
    Водяной ТП: моделируем "пирог" и делаем выводы
    Когда я задумал сделать водяной теплый пол (ТП), первые вопросы, которые у меня возникли, были связаны с устройством «пирога». Полагаю, я такой не один. Сейчас мой ТП успешно работает, и я хотел бы поделиться с уважаемыми форумчанами некоторыми данными, которые помогли мне в этом деле разобраться.

    Речь пойдет о результатах численного моделирования ТП. Сразу отмечу, что я не питаю иллюзий по поводу всесильности численных методов и знаю цену цифрам после запятой, но я убежден, что моя модель позволяет сделать правильные качественные выводы, для чего, собственно, она и создавалась.

    1. Условия эксперимента

    Сравнивать различные варианты ТП следует, разумеется, в одинаковых условиях.
    Вот что мы будем предполагать.
    • ТП лежит на перекрытии, поверхность которого имеет постоянную температуру 18°C;
    • воздух в комнате над ТП имеет температуру 20°C;
    • коэффициент теплообмена на поверхности пола равен 11.5 Вт/м²К (среднее значение по данным перерытых мною источников);
    • финишное покрытие — ламинат толщиной 12 мм;
    • материал теплоизоляции — ЭППС.
    • Труба — PEX или МП диаметром 16 мм с толщиной стенки 2 мм;
    • теплоноситель — вода;
    • скорость течения — 0.3 м/с, что соответствует турбулентному режиму течения (Re порядка 5000);
    • для вычисления коэффициента теплообмена в трубе используется формула Михеева.
    • Шаг укладки труб — 0.2 м.
    И самое важное. Средняя температура поверхности чистового покрытия принимается равной 28°C, что соответствует теплосъему 92 Вт/м². Зачем — см. ниже.

    А вот все необходимые данные по коэффициентам теплопроводности (Вт/м·К):
    • теплоизоляция: пенополиуретан — 0.03, ЭППС — 0.04;
    • ЦПС (стяжка) — 0.5;
    • черновое покрытие: фанера — 0.15, ГКЛ — 0.18, плита ЦСП — 0.23, ГВЛ — 0.25, асбоцементные плиты (плоский шифер) — 0.32, СМЛ (стекло-магниевый лист) — 0.32;
    • финишные покрытия: паркетная доска — 0.17, плитка ПВХ — 0.2, ламинат — 0.29, керамическая плитка — 1.5;
    • стенка трубы PEX, МП — 0.38;
    • металлы: сталь — 45, алюминий — 230, медь — 380.
    2. Базовые варианты

    Для бетонной и легкой систем выбраны базовые варианты, с которыми сравниваются все другие. Это конфигурации, которые можно считать более-менее стандартными.
    Вот соответствующие картинки на которых заодно показана и сетка конечных элементов.
    0_mesh.png 1_mesh.png
    Бетонная система: толщина стяжки — 50 мм, трубы расположены ровно посередине, толщина теплоизоляции (ЭППС) — 50 мм.

    Легкая система: толщина чернового покрытия (плита) — 20 мм, материал плиты — ЦСП; толщина теплораспределящих пластин — 0.5 мм, материал — алюминий, омегаобразность профиля не учитывалась (см. картинку), канавка заполнена герметиком с теплопроводностью 0.5 Вт/м·К; теплоизоляция — ЭППС 50 мм, канавки профрезерованы прямо в слое теплоизоляции.

    А вот результат расчета поля температуры для базовых вариантов.
    0_plot.png 1_plot.png

    3. Критерии сравнения

    Представьте себе ТП из трубы 16 мм с шагом 0.2 м, с глубиной заложения полметра в стяжке метровой толщины. Теоретически, и такой ТП сможет обеспечить температуру 28°C на поверхности покрытия, но вопрос — какой ценой. Вероятно, для этого придется поддерживать температуру теплоносителя в трубах порядка 200°C. Нужен нам такой пол?

    Другой пример. Мы сделали человеческую стяжку, но уложили трубы с шагом 1 м. Сможет этот пол дать нам среднюю температуру 28°C на поверхности ламината? Конечно! Вот только температура теплоносителя для этого нужна будет 150°C, а перепад температуры («зебра») на поверхности составит 50° — от 20°C до 70°C при средней температуре 28°C.

    Или, допустим, мы при нормальной толщине стяжки и шаге укладки 0.2 м решили отказаться от теплоизоляции (читай: постелить 5 мм фольгированный вспененный ПЭ). Что получим? А получим температуру теплоносителя 80°C, перепад температуры на поверхности 20°, и при том отправим в перекрытие в пять раз больше тепла, чем снимем с поверхности пола. Эффективно?

    Ну, что такое «плохо» понятно. А что такое «хорошо»? Хорошо — это когда при средней температуре 28°C на поверхности мы имеем температуру теплоносителя 40°C, «зебру» в 1° и утечку в перекрытие 10% от потока в комнату.

    Эти детские примерчики, надеюсь, помогут читателю понять, почему целесообразно сравнивать различные варианты в предположении, что они обеспечивают одинаковый комфорт в помещении, т. е. при одинаковой средней температуре поверхности покрытия, и почему в качестве основных параметров для сравнения я использовал температуру теплоносителя T0 и величину «зебры» ΔT. Меньше температура теплоносителя — легче оборудованию и трубам, меньше «зебра» — лучше покрытию и ходить приятней. Я привожу еще и третий параметр — утечку тепла q в перекрытие, но он не так важен как первые два.

    Для базовых вариантов значения основных параметров приведены ниже.
    • бетонная система: T0=50.3°C, ΔT=6.0°, q=14.1 Вт/м2;
    • легкая система: T0=45.9°C, ΔT=1.2°, q=19.1 Вт/м2.

    4. Что и как варьировалось

    Схема эксперимента проста: выбирается один из параметров, который мы можем менять на практике, к примеру, толщина стяжки, и делаются расчеты для нескольких его значений при прочих неизменных параметрах базового варианта.

    Для бетонной системы варьировались толщина стяжки, толщина изоляции, глубина закладки труб и шаг укладки. Для легкой системы менялись толщина изоляции, шаг укладки труб, толщина и материал теплораспределительных пластин, материал чернового покрытия.

    5. Результаты

    Строки таблиц содержат по 4 значения:
    1. значение варьируемого параметра;
    2. температура теплоносителя, °C;
    3. перепад температуры («зебра»), °;
    4. поток тепла в перекрытие, Вт/м².
    Подчеркнутые значения соответствуют базовым вариантам.

    Бетонная система
    • влияние толщины стяжки (мм)
    40 50.2 7.5 13.5
    50 50.3 6.0 14.1
    60 50.8 4.9 14.7
    80 52.1 3.4 15.8
    100 53.8 2.4 17.0
    • влияние толщины теплоизоляции (мм)
    5 60.8 10.0 105.2
    20 52.7 6.9 33.3
    40 50.7 6.2 17.5
    50 50.3 6.0 14.1
    60 50.0 5.9 11.8
    80 49.6 5.7 8.9
    • влияние глубины закладки труб (мм)
    10 48.6 7.2 13.0
    15 49.8 6.3 13.8
    17 50.3 6.0 14.1
    25 52.8 5.1 15.4
    30 54.9 4.7 16.2
    • влияние шага укладки (мм)
    100 40.3 1.1 14.0
    150 44.8 3.2 14.1
    200 50.3 6.0 14.1
    250 56.5 9.2 14.1
    300 63.1 12.5 14.1

    Легкая система
    • влияние толщины теплоизоляции (мм)
    20 47.9 1.5 62.0
    40 46.2 1.3 24.4
    50 45.9 1.2 19.1
    60 45.8 1.2 15.6
    80 45.5 1.1 11.5
    • влияние толщины пластин (к вопросу о фольге) (мм)
    0.05 60.6 6.4 21.0
    0.1 54.1 4.2 20.2
    0.2 49.4 2.5 19.5
    0.5 45.9 1.2 19.1
    0.8 45.0 0.8 19.0
    • влияние шага укладки (мм)
    100 42.1 0.2 20.3
    150 43.8 0.6 19.5
    200 45.9 1.2 19.1
    250 48.3 2.0 18.9
    300 51.0 3.0 18.7
    • влияние материала пластин
    алюминий 45.9 1.2 19.1
    сталь 54.1 4.2 20.2
    • влияние материала покрытия
    фанера 50.5 1.0 22.7
    ЦСП, ГВЛ 45.9 1.2 19.1
    асбоцемент, СМЛ 43.5 1.3 11.1
    • влияние герметика
    с герметиком 45.9 1.2 19.1
    без 48.1 0.8 19.4

    5. Некоторые выводы

    Легкая система эффективнее бетонной: при равном теплосъеме температура теплоносителя в бетонной системе будет выше (в нашем примере — на 5°), а перепад температуры на поверхности («зебра») заметней (в нашем примере — 7° против 1.3° для легкой системы).

    Замена алюминиевых пластин на стальные (Valtec) эквивалентна применению алюминиевой фольги (0.1 мм) вместо пластин (0.5 мм) и требует заметного повышения температуры теплоносителя (в нашем примере — на 8°).

    Применение теплопроводного герметика при укладке труб оправдано (в нашем примере эта мера снижает требуемую температуру теплоносителя на 2°).

    При глубокой закладке труб в стяжке уменьшается неравномерность температуры на поверхности («зебра»), но сильно повышается необходимая температура теплоносителя. Можно рекомендовать закладку на глубину 10-20 мм, особенно при использовании плитки как финишного покрытия.

    Толщина стяжки довольно мало влияет на эффективность ТП в стационарном режиме. С увеличением толщины несколько уменьшается неравномерность, но увеличивается температура теплоносителя.
     
    Vadimekum , 23.05.13
    #1 + Цитировать
  2. Bomba2081
    Регистрация:
    28.05.13
    Сообщения:
    137
    Благодарности:
    32

    Bomba2081

    Живу здесь

    Bomba2081

    Живу здесь

    Регистрация:
    28.05.13
    Сообщения:
    137
    Благодарности:
    32
    Адрес:
    Иркутск
    Здравствуйте вот тоже голову ломаю над пирогом. Фундамент монолитный железобетон, без подвала, подушка из щебня 20см,черновая стяжка 15см.Скачал программку валтэк по расчету теплопотерь тп, получается что если пирог делать с пеноплексом 2см и вспененым полиэтиленом то поток вниз получается 23 Вт м. А без пеноплэкса 29Вт м. Терперь думаю большая ли эта разница и нужен ли пеноплэкс?
     
    Bomba2081 , 28.05.13
    #2 + Цитировать
  3. Vadimekum
    Регистрация:
    22.05.13
    Сообщения:
    53
    Благодарности:
    184

    Vadimekum

    Участник

    Vadimekum

    Участник

    Регистрация:
    22.05.13
    Сообщения:
    53
    Благодарности:
    184
    Адрес:
    Санкт-Петербург
    Так делать нельзя, категорически! Я уже не говорю про вариант без пеноплекса. Посмотрите на мои результаты: при уменьшении толщины изоляции с 50 до 5 мм (как раз толщина вспененного ПЭ) поток в перекрытие увеличивается в 10 раз. В реальности будет еще хуже, поскольку ВПЭ не держит нагрузку, а в "стоптанном" состоянии его изоляционные свойства сильно ухудшаются. Кроме того, температура на поверхности лежащего на земле фундамента будет примерно равна среднегодовой температуре вашего региона, что наверняка меньше моих расчетных 18°C. Получится, что вы будете половину, если не больше, тепла выкидывать на нагрев земных недр.
    Не экономьте на теплоизоляции! В вашем случае я бы рекомендовал положить 100 мм ЭППС, а вместо ВПЭ сделать грамотную гидроизоляцию.
     
    Vadimekum , 28.05.13
    #3 + Цитировать
  4. Vadimekum
    Регистрация:
    22.05.13
    Сообщения:
    53
    Благодарности:
    184

    Vadimekum

    Участник

    Vadimekum

    Участник

    Регистрация:
    22.05.13
    Сообщения:
    53
    Благодарности:
    184
    Адрес:
    Санкт-Петербург
    Иркутск! Вообще не о чем говорить! 100 мм - минимум миниморум!
     
    Vadimekum , 28.05.13
    #4 + Цитировать
  5. Валерий72
    Регистрация:
    10.10.12
    Сообщения:
    1.493
    Благодарности:
    619

    Валерий72

    Живу здесь

    Валерий72

    Живу здесь

    Регистрация:
    10.10.12
    Сообщения:
    1.493
    Благодарности:
    619
    Адрес:
    Брест
    Обычно толщина стяжки над поверхностью трубы не менее 55 мм, какая зебра будет в этом случае?
     
    Валерий72 , 28.05.13
    #5 + Цитировать
  6. Vadimekum
    Регистрация:
    22.05.13
    Сообщения:
    53
    Благодарности:
    184

    Vadimekum

    Участник

    Vadimekum

    Участник

    Регистрация:
    22.05.13
    Сообщения:
    53
    Благодарности:
    184
    Адрес:
    Санкт-Петербург
    Валерий72, чтобы точно сказать, надо знать еще полную толщину стяжки.
    Если взять стяжку 80 мм, то при глубине закладки 55 мм, получаются такие значения:

    теплоноситель — T0=58.3°C, "зебра" — ΔT=2.0°, утечка тепла — q=19.5 Вт/м².
     
    Vadimekum , 28.05.13
    #6 + Цитировать
  7. Валерий72
    Регистрация:
    10.10.12
    Сообщения:
    1.493
    Благодарности:
    619

    Валерий72

    Живу здесь

    Валерий72

    Живу здесь

    Регистрация:
    10.10.12
    Сообщения:
    1.493
    Благодарности:
    619
    Адрес:
    Брест
    Спасибо, было очень интересно всё прочитать:super:
     
    Валерий72 , 28.05.13
    #7 + Цитировать
  8. Bomba2081
    Регистрация:
    28.05.13
    Сообщения:
    137
    Благодарности:
    32

    Bomba2081

    Живу здесь

    Bomba2081

    Живу здесь

    Регистрация:
    28.05.13
    Сообщения:
    137
    Благодарности:
    32
    Адрес:
    Иркутск
    Мда дела, спасибо за инфо. Я просто впервые сталкиваюсь с ВТП и делать хочу сам. Но почему тогда прога выдаёт такие значения? И! При таком раскладе на комнату 21 кв м. мощность пола получается 1500 ватт, а теплопотери 2000 т. е нехватает 500 ватт, это много? И ещё, при эппс 100 стяжка в 6 см через год в паутиной не пойдёт?Пинайте меня если что не жалейте просто я пока в этих делах нуб :( А дом хочу себе построить сам.
     
    Bomba2081 , 28.05.13
    #8 + Цитировать
  9. Валерий72
    Регистрация:
    10.10.12
    Сообщения:
    1.493
    Благодарности:
    619

    Валерий72

    Живу здесь

    Валерий72

    Живу здесь

    Регистрация:
    10.10.12
    Сообщения:
    1.493
    Благодарности:
    619
    Адрес:
    Брест
    Вот здесь я посмотрел теплопроводности http://www.xiron.ru/content/view/58/28/ стяжка 0,7 и бетон на щебне 1,3, очень интересно, как теплопроводность влияет на зебру..?
     
    Валерий72 , 28.05.13
    #9 + Цитировать
  10. Vadimekum
    Регистрация:
    22.05.13
    Сообщения:
    53
    Благодарности:
    184

    Vadimekum

    Участник

    Vadimekum

    Участник

    Регистрация:
    22.05.13
    Сообщения:
    53
    Благодарности:
    184
    Адрес:
    Санкт-Петербург
    Bomba, я не знаю, как работает валтековская программа и какие вы задавали исходные данные, но по моему мнению, 29 Вт/м² при толщине изоляции 5 мм (только вспененный ПЭ) и 23 Вт/м² при толщине 25 мм (вспененный ПЭ + ЭППС) не может быть правдой. Грубо говоря, если вы увеличили толщину изоляции в 5 раз, то во столько же раз должен уменьшиться поток в перекрытие.
    Ответ на вопрос "покроет ли ТП теплопотери" прост: делайте хорошее утепление, уложите трубы с шагом 150 мм и 100 мм у стен, и "покроет". Затраты на эти меры — малая величина в масштабах строительства дома.
    Что касается стяжки на толстом ЭППС, об этом надо спросить практиков. Но опять же, если сделать хорошо :) — приклеить ЭППС к стяжке, пропенить щели на стыках, армировать стяжку, проблем быть не должно. Может быть, трещины и появятся, но уж отдельные куски качаться и отваливаться точно не станут :).
     
    Vadimekum , 28.05.13
    #10 + Цитировать
  11. Vadimekum
    Регистрация:
    22.05.13
    Сообщения:
    53
    Благодарности:
    184

    Vadimekum

    Участник

    Vadimekum

    Участник

    Регистрация:
    22.05.13
    Сообщения:
    53
    Благодарности:
    184
    Адрес:
    Санкт-Петербург
    Теплопроводность стяжки много от чего зависит. Если будете лить сами — бетон хорошей марки с мелким гранитным щебнем, то, быть может, и получится 0.7-1.3 Вт/м·К. А среднестатистическая стяжка, залитая "специалистами" может и до 0.5 не дотянуть :). Я взял 0.5 как раз из соображений, что хуже вряд ли будет.
    Увеличение теплопроводности на "зебру" влияет, конечно же, положительно — уменьшает её. Для вашего варианта (стяжка 80 мм, глубина закладки 55 мм, остальные данные как в первом посте) получается следующее:
    при 0.5 Вт/м·К теплоноситель — T0=58.3°C, "зебра" — ΔT=2.0°, утечка — q=19.5 Вт/м²;​
    при 0.7 Вт/м·К теплоноситель — T0=51.4°C, "зебра" — ΔT=1.6°, утечка — q=17.2 Вт/м²;​

    при 1.0 Вт/м·К теплоноситель — T0=46.4°C, "зебра" — ΔT=1.2°, утечка — q=15.4 Вт/м².
     
    Vadimekum , 28.05.13
    #11 + Цитировать
  12. Bomba2081
    Регистрация:
    28.05.13
    Сообщения:
    137
    Благодарности:
    32

    Bomba2081

    Живу здесь

    Bomba2081

    Живу здесь

    Регистрация:
    28.05.13
    Сообщения:
    137
    Благодарности:
    32
    Адрес:
    Иркутск
    Vadimekum, если получится закину позже скрин расчёта,поможете разобраться что где не так, буду очень признателен.
     
    Bomba2081 , 28.05.13
    #12 + Цитировать
  13. Ztrade
    Регистрация:
    12.03.12
    Сообщения:
    67
    Благодарности:
    7

    Ztrade

    Живу здесь

    Ztrade

    Живу здесь

    Регистрация:
    12.03.12
    Сообщения:
    67
    Благодарности:
    7
    Адрес:
    Воронеж
    Какая интересная тема оказывается есть :)

    Vadimekum, можно вас попросить посчитать для таких данных (изменения относительно ваших):

    Труба 20мм PEX
    шаг 25см
    цементная стяжка толщина 65мм
    глубина залегания труб - 45 мм
    температура перекрытия 8градусов
    толщина теплоизоляции 8см.

    Спасибо!
     
    Ztrade , 28.07.13
    #13 + Цитировать
  14. Vadimekum
    Регистрация:
    22.05.13
    Сообщения:
    53
    Благодарности:
    184

    Vadimekum

    Участник

    Vadimekum

    Участник

    Регистрация:
    22.05.13
    Сообщения:
    53
    Благодарности:
    184
    Адрес:
    Санкт-Петербург
    Да, тема есть. Только вот похоже, что для среднестатистического "самоделкина" она оказалась все-таки слишком теоретической и мало кому удается добраться до практических выводов в конце :).

    Вы не указали, какое чистовое покрытие планируете использовать. Я принял 12 мм ламинат. Сразу замечу, что шаг 25 см использовать дома не рационально. Добавить 2-3 дополнительных контура и купить лишних 100-150 м трубы — копейки в масштабе стоимости всей системы ТП, а выигрыш будет заметный. Впрочем, смотрите результаты и думайте сами.

    При шаге 25 см температура теплоносителя —T0=62.3°C, "зебра" — ΔT=5.1°;
    при шаге 20 см T0=55.6°C, ΔT=2.9°;
    при шаге 15 см T0=49.8°C, ΔT=1.2°.
     
    Vadimekum , 28.07.13
    #14 + Цитировать
  15. Ztrade
    Регистрация:
    12.03.12
    Сообщения:
    67
    Благодарности:
    7

    Ztrade

    Живу здесь

    Ztrade

    Живу здесь

    Регистрация:
    12.03.12
    Сообщения:
    67
    Благодарности:
    7
    Адрес:
    Воронеж
    Большое Спасибо за расчет!

    Покрытие ламинат и плитка - ТП во всех комнатах на 2х этажах (126 метров).

    Согласен, 25см слишком большое растояние, зебра большая - собственно за нее и борюсь. По теплоотдаче и 25 устроило бы. У меня ТП с радиаторами.
     
    Ztrade , 29.07.13
    #15 + Цитировать

Смотрите также