Cómo calcular un suelo radiante utilizando un sistema de agua como ejemplo
La eficacia de la calefacción por suelo radiante depende de muchos factores.Sin tenerlos en cuenta, incluso si el sistema se instala correctamente y se utilizan los materiales más modernos para su construcción, la eficiencia térmica real no estará a la altura de las expectativas.
Por este motivo, los trabajos de instalación deben ir precedidos de un cálculo competente del suelo radiante y sólo así se podrá garantizar un buen resultado.
Desarrollar un proyecto de sistema de calefacción no es barato, por lo que muchos artesanos del hogar realizan los cálculos por su cuenta. De acuerdo, la idea de reducir el coste de instalación de calefacción por suelo radiante parece muy tentadora.
Le diremos cómo crear un proyecto, qué criterios considerar al elegir los parámetros de un sistema de calefacción y le describiremos un método de cálculo paso a paso. Para mayor claridad, hemos preparado un ejemplo de cómo calcular un piso con calefacción.
El contenido del artículo:
Datos iniciales para el cálculo.
Inicialmente, un curso de diseño e instalación adecuadamente planificado eliminará sorpresas y problemas desagradables en el futuro.
Al calcular un piso con calefacción, es necesario partir de los siguientes datos:
- material de la pared y características de diseño;
- dimensiones de la habitación en plano;
- tipo de revestimiento de acabado;
- diseños de puertas, ventanas y su colocación;
- Disposición de elementos estructurales en planta.
Para realizar un diseño competente, es necesario tener en cuenta el régimen de temperatura establecido y la posibilidad de ajustarlo.
Existen recomendaciones sobre la temperatura del suelo que garantizan una estancia confortable en habitaciones para diversos fines:
- 29°С - sector residencial;
- 33°С- baño, habitaciones con piscina y otras con mucha humedad;
- 35°C — zonas frías (en puertas de entrada, paredes exteriores, etc.).
Superar estos valores implica un sobrecalentamiento tanto del propio sistema como del revestimiento de acabado, seguido de daños inevitables en el material.
Después de realizar cálculos preliminares, puede elegir la temperatura óptima del refrigerante según sus sensaciones personales, determinar la carga en el circuito de calefacción y comprar equipos de bombeo que se adapten perfectamente a la estimulación del movimiento del refrigerante. Se selecciona con un margen del 20% del flujo de refrigerante.
En la etapa de diseño, se debe decidir si el piso calentado será el principal proveedor de calor o se usará solo como complemento a la rama de calefacción por radiadores. De ello depende la proporción de pérdidas de energía térmica que debe compensar. Puede oscilar entre el 30% y el 60% con variaciones.
El tiempo de calentamiento del piso de agua depende del espesor de los elementos incluidos en la regla. El agua como refrigerante es muy eficaz, pero el sistema en sí es difícil de instalar.
Determinar los parámetros de un suelo calentado.
El objetivo del cálculo es obtener el valor de la carga térmica. El resultado de este cálculo influye en los pasos siguientes. A su vez, la carga de calor se ve afectada por la temperatura promedio invernal en una región particular, la temperatura esperada dentro de las habitaciones y el coeficiente de transferencia de calor del techo, paredes, ventanas y puertas.
El resultado final de los cálculos anteriores. dispositivo de calefacción por suelo radiante El tipo de agua también dependerá de la presencia de dispositivos de calefacción adicionales, incluida la emisión de calor de las personas que viven en la casa y de las mascotas. En el cálculo se debe tener en cuenta la presencia de infiltración.
Uno de los parámetros importantes es la configuración de las habitaciones, por lo que necesitarás un plano de la casa y las secciones correspondientes.
Método para calcular la pérdida de calor.
Una vez determinado este parámetro, sabrá cuánto calor debe generar el suelo para el bienestar de las personas en la habitación y podrá seleccionar la caldera, la bomba y el suelo según la potencia. En otras palabras: el calor emitido por los circuitos de calefacción debe compensar las pérdidas de calor del edificio.
La relación entre estos dos parámetros se expresa mediante la fórmula:
MP = 1,2 x Q, Dónde
- diputado - potencia del circuito requerida;
- q - pérdida de calor.
Para determinar el segundo indicador, se toman medidas y cálculos del área de ventanas, puertas, techos y paredes exteriores. Dado que el piso se calentará, no se tiene en cuenta el área de esta estructura de cerramiento. Las medidas se toman en el exterior, incluidas las esquinas del edificio.
El cálculo tendrá en cuenta tanto el espesor como la conductividad térmica de cada estructura. Valores estándar coeficiente de conductividad térmica (λ) para los materiales más utilizados se puede tomar de la tabla.
La pérdida de calor se calcula por separado para cada elemento del edificio mediante la fórmula:
Q = 1/R*(tв-tн)*S x (1+∑b), Dónde
- R — resistencia térmica del material del que está hecha la estructura de cerramiento;
- S — área del elemento estructural;
- tв y tн — temperatura interior y exterior, respectivamente, tomando el segundo indicador según el valor más bajo;
- b — pérdidas de calor adicionales asociadas con la orientación del edificio con respecto a los puntos cardinales.
El índice de resistencia térmica (R) se obtiene dividiendo el espesor de la estructura por el coeficiente de conductividad térmica del material del que está hecha.
El valor del coeficiente b depende de la orientación de la casa:
- 0,1 - norte, noroeste o noreste;
- 0,05 - oeste, sureste;
- 0 - sur, suroeste.
Si consideramos la cuestión utilizando cualquier ejemplo de cálculo de un suelo calentado por agua, quedará más claro.
Ejemplo de cálculo específico
Digamos que las paredes de una casa para residencia temporal, de 20 cm de espesor, están hechas de bloques de hormigón celular. La superficie total de los muros de cerramiento, excluidas las aberturas de puertas y ventanas, es de 60 m². Temperatura exterior -25°С, interior +20°С, diseño orientado al sureste.
Considerando que el coeficiente de conductividad térmica de los bloques es λ = 0,3 W/(m°*C), es posible calcular la pérdida de calor a través de las paredes: R=0,2/0,3= 0,67 m²°C/W.
También se observan pérdidas de calor a través de la capa de yeso. Si su espesor es de 20 mm, entonces Rpcs. = 0,02/0,3 = 0,07 m²°C/W. La suma de estos dos indicadores dará el valor de la pérdida de calor a través de las paredes: 0,67+0,07 = 0,74 m²°C/W.
Teniendo todos los datos iniciales, los sustituimos en la fórmula y obtenemos la pérdida de calor de una habitación con las siguientes paredes: Q = 1/0,74*(20 - (-25)) *60*(1+0,05) = 3831,08 W .
De la misma forma se calcula la pérdida de calor a través de otras estructuras de cerramiento: ventanas, puertas, techos.
Para determinar la pérdida de calor a través del techo, su resistencia térmica se toma igual al valor del tipo de aislamiento planificado o existente: R = 0,18/0,041 = 4,39 m²°C / W.
La superficie del techo es idéntica a la del suelo y equivale a 70 m². Sustituyendo estos valores en la fórmula se obtiene la pérdida de calor a través de la envolvente superior del edificio: Q sudor. = 1/4,39*(20 - (-25))* 70* (1+0,05) = 753,42 W.
Para determinar la pérdida de calor a través de la superficie de las ventanas, es necesario calcular su área. Si hay 4 ventanas de 1,5 m de ancho y 1,4 m de alto, su área total será: 4 * 1,5 * 1,4 = 8,4 m².
Si el fabricante indica por separado la resistencia térmica del vidrio y del perfil - 0,5 y 0,56 m²°C/W, respectivamente, entonces Rocon = 0,5*90+0,56*10)/100 = 0,56 m²°C/mar Aquí 90 y 10 son la proporción de cada elemento de la ventana.
Con base en los datos obtenidos, continúan los cálculos: Qwindow = 1/0,56*(20 - (-25))*8,4*(1+0,05) = 708,75 W.
La puerta exterior tiene una superficie de 0,95 * 2,04 = 1.938 m². Luego Rdv. = 0,06/0,14 = 0,43 m²°C/W. puerta q = 1/0,43*(20 - (-25))* 1,938*(1+0,05) = 212,95 W.
Como resultado, la pérdida de calor será: Q = 3831,08 +753,42 + 708,75 + 212,95 + 7406,25 = W.
A este resultado se le suma otro 10% para la infiltración de aire, entonces Q = 7406,25 + 740,6 = 8146,85 W.
Ahora puede determinar la potencia térmica del suelo: Mp = 1,*8146,85 = 9776,22 W o 9,8 kW.
Calor necesario para calentar el aire.
si la casa equipado con un sistema de ventilación, entonces una parte del calor liberado por la fuente debe gastarse en calentar el aire procedente del exterior.
La fórmula se utiliza para el cálculo:
Qv. = c*m*(tв—tн), Dónde
- C = 0,28 kg⁰С y denota la capacidad calorífica de la masa de aire;
- metro El símbolo indica el flujo másico de aire exterior en kg.
El último parámetro se obtiene multiplicando el volumen total de aire, igual al volumen de todas las habitaciones, siempre que el aire se renueve cada hora, por la densidad, que varía en función de la temperatura.
Si el edificio recibe 400 m3/h, entonces m=400*1,422 = 568,8 kg/h. Qv. = 0,28*568,8*45 = 7166,88 W.
En este caso, la potencia térmica requerida del suelo aumentará significativamente.
Cálculo del número requerido de tuberías.
Para instalar un piso calentado por agua, elija diferentes métodos de tendido de tuberías, que se diferencian en su forma: tres tipos de serpientes: la serpiente real, la angular, la doble y la de caracol. En un circuito montado puede haber una combinación de diferentes formas. En ocasiones se elige un “caracol” para la zona central del piso, y uno de los tipos de “serpiente” para los bordes.
La distancia entre los tubos se llama paso. Al elegir esta opción, debe cumplir dos requisitos: su pie no debe sentir la diferencia de temperatura en áreas individuales del piso y debe utilizar las tuberías de la manera más eficiente posible.
Para las zonas limítrofes del suelo, se recomienda utilizar un paso de 100 mm. En otras zonas, se puede elegir un paso que oscila entre 150 y 300 mm.
Para calcular la longitud de la tubería existe una fórmula sencilla:
L = S/N*1,1, Dónde
- S — zona del contorno;
- norte — paso de tendido;
- 1,1 — margen de flexión 10%.
Al valor final se suma un tramo de tubería tendida desde el colector hasta la distribución del circuito de calefacción tanto en el retorno como en la impulsión.
Ejemplo de cálculo.
Valores iniciales:
- cuadrado — 10 m²;
- distancia al colector — 6 metros;
- paso de colocación - 0,15 metros.
La solución al problema es sencilla: 10/0,15*1,1+(6*2) = 85,3 m.
Cuando se utilizan tuberías de metal y plástico con una longitud de hasta 100 m, la mayoría de las veces se elige un diámetro de 16 o 20 mm. Con una longitud de tubería de 120-125 m, su sección transversal debe ser de 20 mm².
El diseño de circuito único solo es adecuado para habitaciones con un área pequeña. En las habitaciones grandes, el suelo se divide en varios contornos en una proporción de 1:2; la longitud de la estructura debe ser 2 veces el ancho.
El valor previamente calculado es la extensión tubos de piso generalmente. Sin embargo, para completar la imagen, es necesario resaltar la longitud de un contorno separado.
Este parámetro está influenciado por la resistencia hidráulica del circuito, determinada por el diámetro de las tuberías seleccionadas y el volumen de agua suministrada por unidad de tiempo. Si se ignoran estos factores, la pérdida de presión será tan grande que ninguna bomba obligará al refrigerante a circular.
Los contornos de la misma longitud son un caso ideal, pero en la práctica rara vez se encuentran, porque el área de las habitaciones para diferentes propósitos es muy diferente y simplemente no es práctico reducir la longitud de los contornos a un valor. Los profesionales permiten una diferencia en la longitud de las tuberías del 30 al 40%.
El diámetro del colector y el rendimiento de la unidad mezcladora determinan el número permitido de bucles conectados a él. En el pasaporte de la unidad mezcladora siempre se puede encontrar la cantidad de carga térmica para la que está diseñada.
Digamos que el coeficiente de rendimiento (kvs) es igual a 2,23 m3/h. Con este coeficiente, determinados modelos de bombas pueden soportar una carga de 10 a 15 W.
Para determinar la cantidad de circuitos, es necesario calcular la carga térmica de cada uno.Si el área ocupada por un piso calentado es de 10 m² y la transferencia de calor es de 1 m², entonces el indicador kvs es 80 W, entonces 10*80 = 800 W. Esto significa que la unidad de mezcla podrá proporcionar 15.000/800 = 18,8 habitaciones o circuitos con una superficie de 10 m².
Estas cifras son máximas y solo se pueden aplicar teóricamente, pero en realidad es necesario reducir la cifra en al menos 2, luego 18 - 2 = 16 circuitos.
Requerido durante la selección unidad de mezcla (colector) a ver si tiene tantas conclusiones.
Comprobación de la correcta selección de diámetros de tubería.
Para comprobar si la sección transversal de la tubería se seleccionó correctamente, puede utilizar la fórmula:
υ = 4*Q*10ᶾ/n*d²
Cuando la velocidad corresponde al valor encontrado, la sección transversal de la tubería se selecciona correctamente. Los documentos reglamentarios permiten una velocidad máxima de 3 m/seg. con un diámetro de hasta 0,25 m, pero el valor óptimo es 0,8 m/seg., ya que a medida que aumenta su valor aumenta el efecto ruido en la tubería.
Se proporciona información adicional sobre el cálculo de las tuberías de calefacción por suelo radiante en Este artículo.
Calculando la bomba de circulación.
Para que el sistema sea económico, es necesario elegir una bomba de circulación, proporcionando la presión requerida y el flujo de agua óptimo en los circuitos. Los pasaportes de la bomba generalmente indican la presión en el circuito de mayor longitud y el flujo total de refrigerante en todos los circuitos.
La presión está influenciada por las pérdidas hidráulicas:
∆h = L*Q²/k1, Dónde
- l — longitud del contorno;
- q — consumo de agua l/seg;
- k1 - coeficiente que caracteriza las pérdidas en el sistema; el indicador puede tomarse de las tablas de referencia sobre hidráulica o del pasaporte del equipo.
Conociendo la magnitud de la presión, calcular el caudal en el sistema:
Q = k*√H, Dónde
k es el coeficiente de flujo.Los profesionales suponen que el caudal por cada 10 m² de una casa está entre 0,3 y 0,4 l/s.
Las cifras de presión y caudal indicadas en el pasaporte no pueden tomarse literalmente: este es el máximo, pero de hecho están influenciadas por la longitud y la geometría de la red. Si la presión es demasiado alta, reduzca la longitud del circuito o aumente el diámetro de las tuberías.
Recomendaciones para elegir el espesor de la regla.
En los libros de referencia puede encontrar información de que el espesor mínimo de la regla es de 30 mm. Cuando la habitación es bastante alta, se coloca aislamiento debajo de la solera, lo que aumenta la eficiencia en el aprovechamiento del calor que desprende el circuito de calefacción.
El material de respaldo más popular es espuma de poliestireno extruido. Su resistencia a la transferencia de calor es significativamente menor que la del hormigón.
Al instalar una regla, para equilibrar la expansión lineal del hormigón, el perímetro de la habitación se decora con una cinta amortiguadora. Es importante elegir el grosor adecuado. Los expertos aconsejan que para una superficie de habitación que no supere los 100 m², instale una capa de compensación de 5 mm.
Si los valores del área son mayores debido a que la longitud excede los 10 m, el espesor se calcula mediante la fórmula:
b = 0,55*L, Dónde
l es la longitud de la habitación en m.
Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.
Este vídeo trata sobre el cálculo e instalación de un suelo hidráulico con calefacción:
El vídeo ofrece recomendaciones prácticas para la colocación del suelo. La información te ayudará a evitar errores que suelen cometer los aficionados:
El cálculo permite diseñar un sistema de "piso cálido" con indicadores de rendimiento óptimos. Está permitido instalar calefacción utilizando los datos y recomendaciones del pasaporte.
Funcionará, pero los profesionales recomiendan seguir dedicando tiempo a los cálculos para que el sistema finalmente consuma menos energía.
¿Tiene experiencia en el cálculo de calefacción por suelo radiante y en la preparación de un diseño de circuito de calefacción? ¿O todavía tienes preguntas sobre el tema? Por favor comparte tu opinión y deja comentarios.
Intenté calcular la pérdida de energía térmica usando su método, pero no funcionó por mi cuenta. Estudié la información de arriba abajo, o no entiendo nada de esto o lo has confundido todo demasiado. ¿Es posible instalar calefacción por suelo radiante no en todas las habitaciones, sino solo en la guardería y la cocina? ¿O se está desarrollando el sistema para todos los metros cuadrados de la casa? ¿Y cómo sé qué tipo de instalación de tuberías es la adecuada para mí: caracol o serpiente?
Hola. Sí, no puedes hacer esto en todas las habitaciones. Respecto a la segunda pregunta, por favor lea Este artículo. Cito de allí:
“El trazado de las tuberías de calefacción por suelo radiante se realiza según dos esquemas principales: “serpiente” o “caracol”. Se prefiere el “caracol”. En este caso, las tuberías por las que ingresa el agua caliente al sistema se colocan paralelas a las tuberías por las que circula el refrigerante enfriado. Como resultado, parte del calor de las zonas calientes se transfiere a la parte enfriada del circuito, lo que garantiza un calentamiento más uniforme de la habitación.
"Serpiente" es un esquema de tendido de tuberías secuencial, más adecuado para habitaciones con un área pequeña.A veces se utilizan ambos esquemas de distribución: en áreas grandes, un "caracol", y en áreas pequeñas, por ejemplo, en un pasillo corto, en un baño, se usa una "serpiente". También tiene sentido aclarar las características de la caldera desde la que se suministrará el refrigerante”.
Un suelo cálido es un invento bastante útil, pero para su instalación se deben cumplir una serie de condiciones. En primer lugar, todo depende de la región de residencia. Después de todo, hay una diferencia: vives en Siberia o en Crimea. En Siberia, además del suelo, también hay que cuidar los radiadores. Además, los cálculos tienen en cuenta la conductividad térmica de los materiales con los que se construyen las estructuras del edificio, la presencia y ubicación de ventanas, puertas y balcones. En mi opinión, es más eficaz colocar el suelo calentado con una serpiente.
Los padres del aspirante a maestro hicieron un suelo radiante. No ha pasado ni un mes y el sistema se ha sobrecalentado. La razón de esto, como se vio más tarde, fue un cálculo incorrecto de los materiales (se olvidaron de las secciones del piso con muebles). Como resultado, los trabajos de reparación se retrasaron considerablemente. Si aún decide hacer un piso de este tipo en su apartamento, confíe solo en verdaderos profesionales. Los ahorros no siempre son de calidad.
Alexey, buenos días. Me interesa la siguiente pregunta: para calcular la potencia térmica de un suelo radiante, todo (lo que pude leer en Internet) utiliza la conductividad térmica de la solera de cemento de 0,93 W/m s. Esta cifra se toma de las propiedades térmicas de los materiales. Me confunde
el hecho de que tal indicador es posible con los parámetros de funcionamiento B y una humedad de la regla del 5%.
En estado seco con 0% de humedad - 0,58 W/m s, con parámetros A 2% de humedad 0,76 W/m s.
Me parece que con un calentamiento prolongado, la humedad debería disminuir y la conductividad térmica también disminuirá. Estoy completamente confundido en mis conclusiones y por eso les pregunto.
Como especialista competente en estos temas, ayúdame a afrontar esto.