Cálculo de tuberías para suelo radiante: selección de tuberías según parámetros, elección del paso de instalación + ejemplo de cálculo

A pesar de la complejidad de la instalación, la calefacción por suelo radiante mediante un circuito de agua se considera uno de los métodos más rentables para calentar una habitación. Para que el sistema funcione de la manera más eficiente posible y no cause fallas, es necesario calcular correctamente las tuberías para pisos con calefacción: determinar la longitud, el paso del bucle y el esquema de tendido del circuito.

La comodidad de utilizar el calentamiento de agua depende en gran medida de estos indicadores. Son estas preguntas las que examinaremos en nuestro artículo: le diremos cómo elegir la mejor opción para las tuberías, teniendo en cuenta las características técnicas de cada tipo. Además, después de leer este artículo, podrá elegir el paso de instalación correcto y calcular el diámetro y la longitud necesarios del contorno del piso con calefacción para una habitación específica.

Parámetros para calcular el bucle térmico.

En la etapa de diseño, es necesario resolver una serie de cuestiones que determinan caracteristicas de diseño piso cálido y modo de funcionamiento: seleccione el espesor de la regla, la bomba y otros equipos necesarios.

Los aspectos técnicos de la organización de una rama de calefacción dependen en gran medida de su finalidad. Además del propósito, para calcular con precisión el metraje del circuito de agua, necesitará una serie de indicadores: área de cobertura, densidad del flujo de calor, temperatura del refrigerante y tipo de revestimiento del piso.

Área de cobertura de tubería

Al determinar las dimensiones de la base para colocar tuberías, tenga en cuenta el espacio que no esté abarrotado de equipos grandes y muebles empotrados. Es necesario pensar de antemano en la disposición de los objetos de la habitación.

Si se utiliza un suelo de agua como principal proveedor de calor, entonces su potencia debería ser suficiente para compensar el 100% de las pérdidas de calor. Si el serpentín es un complemento del sistema de radiadores, debe cubrir entre el 30 y el 60 % de los costes de energía térmica de la habitación.

Flujo de calor y temperatura del refrigerante.

La densidad del flujo de calor es un indicador calculado que caracteriza la cantidad óptima de energía térmica para calentar una habitación. El valor depende de varios factores: conductividad térmica de paredes, techos, área de acristalamiento, presencia de aislamiento y tasa de intercambio de aire. En función del flujo de calor, se determina el paso de tendido del circuito.

La temperatura máxima del refrigerante es de 60 °C. Sin embargo, el grosor de la solera y el revestimiento del suelo reducen la temperatura; de hecho, se observan entre 30 y 35 ° C en la superficie del suelo. La diferencia entre los indicadores de temperatura en la entrada y salida del circuito no debe exceder los 5 °C.

tipo de suelo

El acabado afecta la eficiencia del sistema. Conductividad térmica óptima de baldosas y gres porcelánico: la superficie se calienta rápidamente.Un buen indicador de la eficiencia del circuito de agua cuando se utiliza laminado y linóleo sin capa de aislamiento térmico. Los revestimientos de madera tienen la conductividad térmica más baja.

El grado de transferencia de calor también depende del material de relleno. El sistema es más eficaz cuando se utiliza hormigón pesado con áridos naturales, por ejemplo, finos guijarros de mar.

El mortero de cemento y arena proporciona un nivel medio de transferencia de calor cuando el refrigerante se calienta a 45 ° C. La eficiencia del circuito cae significativamente al instalar una regla semiseca.

Al calcular las tuberías para pisos con calefacción, se deben tener en cuenta los estándares establecidos para el régimen de temperatura del revestimiento:

• 29ºC - sala de estar;
• 33ºC – habitaciones con mucha humedad;
• 35ºC – zonas de paso y zonas frías – áreas a lo largo de las paredes de los extremos.

Las características climáticas de la región jugarán un papel importante a la hora de determinar la densidad del circuito de agua. Al calcular la pérdida de calor se debe tener en cuenta la temperatura mínima en invierno.

Como muestra la práctica, el aislamiento preliminar de toda la casa ayudará a reducir la carga. Tiene sentido primero aislar térmicamente la habitación y luego comenzar a calcular la pérdida de calor y los parámetros del circuito de tuberías.

Evaluación de propiedades técnicas a la hora de elegir tuberías.

Debido a condiciones de funcionamiento no estándar, se imponen altas exigencias al material y al tamaño del serpentín de fondo de agua:

• inercia química, resistencia a los procesos de corrosión;
• Revestimiento interno absolutamente liso, no propenso a la formación de depósitos de cal;
• fortaleza – las paredes están constantemente expuestas al refrigerante desde el interior y a la solera desde el exterior; la tubería debe soportar una presión de hasta 10 bar.

Es deseable que la rama de calefacción tenga un peso específico pequeño.La torta del piso de agua ya impone una carga significativa sobre el techo, y una tubería pesada solo agravará la situación.

Según SNiP, está prohibido el uso de tuberías soldadas en sistemas de calefacción cerrados, independientemente del tipo de costura: espiral o recta.

Tres categorías de tubos laminados cumplen en un grado u otro los requisitos enumerados: polietileno reticulado, metal-plástico y cobre.

Opción n.º 1: polietileno reticulado (PEX)

El material tiene una estructura de malla de enlaces moleculares de células anchas. El polietileno modificado se diferencia del polietileno convencional por la presencia de ligamentos longitudinales y transversales. Esta estructura aumenta la gravedad específica, la resistencia mecánica y la resistencia química.

Un circuito de agua fabricado con tuberías PEX tiene una serie de ventajas:

• alta elasticidad, permitiendo la instalación de una bobina con un radio de curvatura pequeño;
• seguridad – cuando se calienta, el material no emite componentes nocivos;
• resistencia al calor: ablandamiento – a partir de 150 °C, fusión – 200 °C, combustión – 400 °C;
• mantiene la estructura durante las fluctuaciones de temperatura;
• resistencia al daño - destructores biológicos y reactivos químicos.

La tubería conserva su rendimiento original: no se depositan sedimentos en las paredes. La vida útil estimada de un circuito PEX es de 50 años.

Las desventajas del polietileno reticulado incluyen: miedo a la luz solar, efectos negativos del oxígeno cuando penetra en la estructura, la necesidad de una fijación rígida de la bobina durante la instalación.

Hay cuatro grupos de productos:

1. PEX-a – reticulación de peróxido. Se logra la estructura más duradera y uniforme con una densidad de unión de hasta el 75%.
2. PEX-b – reticulación de silano. La tecnología utiliza silanidas, sustancias tóxicas que son inaceptables para uso doméstico. Los fabricantes de productos sanitarios lo sustituyen por un reactivo seguro. Se aceptan tuberías con certificado higiénico para la instalación. Densidad de reticulación: 65-70%.
3. PEX-c – método de radiación. El polietileno se irradia con una corriente de rayos gamma o un electrón. Como resultado, las uniones se compactan hasta un 60%. Desventajas de PEX-c: uso inseguro, reticulación desigual.
4. PEX-d – nitruración. La reacción para crear una red se produce debido a los radicales de nitrógeno. El resultado es un material con una densidad de reticulación de aproximadamente el 60-70%.

Las características de resistencia de las tuberías PEX dependen del método de reticulación del polietileno.

Si se ha decidido por las tuberías de polietileno reticulado, le recomendamos que se familiarice con reglas de arreglo sistemas de calefacción por suelo radiante de ellos.

Opción n.° 2: metal-plástico

El líder en tubos enrollados para instalación de suelo radiante es el metal-plástico. Estructuralmente, el material incluye cinco capas.

El revestimiento interior y la carcasa exterior son de polietileno de alta densidad, lo que confiere a la tubería la suavidad y resistencia al calor necesarias. Capa intermedia – espaciador de aluminio

El metal aumenta la resistencia de la línea, reduce la tasa de expansión térmica y actúa como una barrera antidifusión: bloquea el flujo de oxígeno al refrigerante.

Características de las tuberías de metal y plástico:

• buena conductividad térmica;
• capacidad de mantener una configuración determinada;
• temperatura de funcionamiento con conservación de propiedades – 110 °C;
• gravedad específica baja;
• movimiento silencioso del refrigerante;
• seguridad de uso;
• resistencia a la corrosión;
• vida útil – hasta 50 años.

La desventaja de los tubos compuestos es la inadmisibilidad de doblarse alrededor del eje.La torsión repetida corre el riesgo de dañar la capa de aluminio. Le recomendamos que lea tecnología de instalación correcta Tuberías de metal y plástico, lo que ayudará a evitar daños.

Opción n.° 3: tuberías de cobre

Según las características técnicas y operativas, el metal amarillo será la mejor opción. Sin embargo, su demanda está limitada por su elevado coste.

En comparación con las tuberías sintéticas, el circuito de cobre gana en varios puntos: conductividad térmica, resistencia térmica y física, variabilidad de flexión ilimitada, impermeabilidad absoluta a los gases.

Además de ser caras, las tuberías de cobre tienen una desventaja adicional: la complejidad. instalación. Para doblar el contorno necesitará una máquina de prensa o doblador de tubos.

Opción n.° 4: polipropileno y acero inoxidable

A veces, se crea una rama de calefacción a partir de tubos corrugados de polipropileno o acero inoxidable. La primera opción es asequible, pero bastante rígida a la hora de doblarse: el radio mínimo es ocho veces el diámetro del producto.

Esto significa que las tuberías con un tamaño estándar de 23 mm deberán colocarse a una distancia de 368 mm entre sí; un paso de instalación mayor no garantizará un calentamiento uniforme.

Los tubos de acero inoxidable tienen alta conductividad térmica y buena flexibilidad. Desventajas: fragilidad de las bandas de goma de sellado, creación de una fuerte resistencia hidráulica mediante corrugación

Posibles formas de trazar el contorno.

Para determinar el consumo de tuberías para la instalación de un piso con calefacción, se debe decidir el diseño del circuito de agua. La tarea principal al planificar el diseño es garantizar un calentamiento uniforme, teniendo en cuenta las áreas frías y sin calefacción de la habitación.

Son posibles las siguientes opciones de diseño: serpiente, serpiente doble y caracol.Al elegir un esquema, es necesario tener en cuenta el tamaño, la configuración de la habitación y la ubicación de las paredes exteriores.

Método #1 - serpiente

El refrigerante se suministra al sistema a lo largo de la pared, pasa a través del serpentín y regresa a colector de distribución. En este caso, la mitad de la habitación se calienta con agua caliente y el resto con agua fría.

Al colocar una serpiente, es imposible lograr un calentamiento uniforme: la diferencia de temperatura puede alcanzar los 10 ° C. El método es aplicable en espacios estrechos.

El diseño de serpiente de esquina es óptimo si necesita aislar al máximo una zona fría cerca de la pared del fondo o en el pasillo.

La doble serpiente permite una transición de temperatura más suave. Los circuitos directo e inverso corren paralelos entre sí.

Método n.° 2: caracol o espiral

Este se considera el esquema óptimo para garantizar un calentamiento uniforme del revestimiento del piso. Las ramas directas e inversas se colocan alternativamente.

Una ventaja adicional de la "cáscara" es la instalación de un circuito de calefacción con una rotación de curva suave. Este método es relevante cuando se trabaja con tuberías de flexibilidad insuficiente.

Para áreas grandes, se implementa un esquema combinado. La superficie se divide en sectores y para cada uno se desarrolla un circuito independiente que conduce a un colector común. En el centro de la habitación, la tubería está dispuesta como un caracol, y a lo largo de las paredes exteriores, como una serpiente.

Tenemos otro artículo en nuestro sitio web en el que discutimos en detalle. diagramas de instalación calefacción por suelo radiante y brindó recomendaciones para elegir la opción óptima según las características de una habitación en particular.

Método de cálculo de tuberías

Para no confundirse en los cálculos, sugerimos dividir la solución al problema en varias etapas.En primer lugar, es necesario estimar la pérdida de calor de la habitación, determinar el paso de instalación y luego calcular la longitud del circuito de calefacción.

Principios del diseño de circuitos.

Al iniciar los cálculos y crear un boceto, debe familiarizarse con las reglas básicas para la ubicación del circuito de agua:

1. Es aconsejable colocar tuberías a lo largo de la abertura de la ventana; esto reducirá significativamente la pérdida de calor del edificio.
2. El área de cobertura recomendada de un circuito de agua es de 20 metros cuadrados. m En habitaciones grandes es necesario dividir el espacio en zonas y colocar una rama de calefacción separada para cada una.
3. La distancia desde la pared hasta el primer ramal es de 25 cm, el paso permitido de las vueltas de los tubos en el centro de la habitación es de hasta 30 cm, en los bordes y en las zonas frías, de 10 a 15 cm.
4. La longitud máxima de tubería para calefacción por suelo radiante se debe determinar en función del diámetro del serpentín.

Para un circuito con una sección transversal de 16 mm, no se permiten más de 90 m, el límite para una tubería con un espesor de 20 mm es 120 m El cumplimiento de las normas garantizará una presión hidráulica normal en el sistema.

La tabla muestra el caudal aproximado de la tubería, dependiendo del paso del circuito. Para obtener datos más precisos se debe tener en cuenta el margen de giro y la distancia al colector.

Fórmula básica con explicaciones.

La longitud del contorno del piso calentado se calcula mediante la fórmula:

L=S/n*1,1+k,

Dónde:

• l — la longitud requerida de la tubería de calefacción;
• S – superficie cubierta;
• norte – paso de colocación;
• 1,1 – factor estándar de reserva de flexión del diez por ciento;
• k – distancia del colector al suelo – se tiene en cuenta la distancia al cableado del circuito de alimentación y retorno.

La zona de cobertura y el tono de los giros jugarán un papel decisivo.

Para mayor claridad, en papel es necesario elaborar un plano de planta que indique las dimensiones exactas e indicar el paso del circuito de agua.

Debe recordarse que no se recomienda colocar tuberías de calefacción debajo de grandes electrodomésticos y muebles empotrados. Los parámetros de los elementos designados deben restarse del área total.

Para seleccionar la distancia óptima entre las ramas, es necesario realizar manipulaciones matemáticas más complejas, operando con la pérdida de calor de la habitación.

Cálculo de ingeniería térmica con determinación del paso del circuito.

La densidad de las tuberías afecta directamente la cantidad de flujo de calor que emana del sistema de calefacción. Para determinar la carga requerida, es necesario calcular los costos de calefacción en invierno.

Los costes térmicos a través de los elementos estructurales del edificio y la ventilación deben compensarse íntegramente con la energía térmica generada por el circuito de agua.

La potencia del sistema de calefacción está determinada por la fórmula:

M=1,2*Q,

Dónde:

• METRO – calidad del circuito;
• q – pérdida total de calor de la habitación.

El valor de Q se puede descomponer en componentes: consumo de energía a través de las estructuras de cerramiento y costos causados ​​por el funcionamiento del sistema de ventilación. Averigüemos cómo calcular cada uno de los indicadores.

Pérdida de calor a través de elementos de construcción.

Es necesario determinar el consumo de energía térmica para todas las estructuras de cerramiento: paredes, techos, ventanas, puertas, etc. Fórmula de cálculo:

Q1=(S/R)*Δt,

Dónde:

• S – área del elemento;
• R - resistencia termica;
• Δt – la diferencia entre la temperatura interior y exterior.

Para determinar Δt se utiliza el indicador de la época más fría del año.

La resistencia térmica se calcula de la siguiente manera:

R=A/Kt,

Dónde:

• A – espesor de capa, m;
• Connecticut – coeficiente de conductividad térmica, W/m*K.

Para elementos combinados de una estructura, se debe sumar la resistencia de todas las capas.

El coeficiente de conductividad térmica de los materiales de construcción y el aislamiento se puede tomar de un libro de referencia o consultar en la documentación adjunta de un producto específico.

Hemos proporcionado más valores del coeficiente de conductividad térmica para los materiales de construcción más populares en la tabla contenida. en el próximo artículo.

Pérdida de calor por ventilación

Para calcular el indicador se utiliza la fórmula:

Q2=(V*K/3600)*C*P*Δt,

Dónde:

• V – volumen de la habitación, metros cúbicos. metro;
• k – tipo de cambio de aire;
• C – capacidad calorífica específica del aire, J/kg*K;
• PAG – densidad del aire a temperatura ambiente normal – 20 °C.

La tasa de cambio de aire de la mayoría de las habitaciones es igual a uno. La excepción son las casas con barrera de vapor interna: para mantener un microclima normal, el aire debe renovarse dos veces por hora.

La capacidad calorífica específica es un indicador de referencia. A temperatura estándar sin presión, el valor es 1005 J/kg*K.

La tabla muestra la dependencia de la densidad del aire de la temperatura ambiente en condiciones de presión atmosférica: 1,0132 bar (1 Atm)

Pérdida total de calor

La cantidad total de pérdida de calor en la habitación será igual a: Q=Q1*1.1+Q2. Coeficiente 1.1: aumento del 10% en los costes energéticos debido a la infiltración de aire a través de grietas y fugas en las estructuras de los edificios.

Multiplicando el valor obtenido por 1,2, obtenemos la potencia necesaria del suelo calentado para compensar la pérdida de calor. Utilizando un gráfico del flujo de calor versus la temperatura del refrigerante, puede determinar el paso y el diámetro apropiados de la tubería.

La escala vertical es el régimen de temperatura promedio del circuito de agua, la escala horizontal es el indicador de la producción de energía térmica por parte del sistema de calefacción por 1 metro cuadrado. metro

Los datos son relevantes para suelos con calefacción sobre una solera de arena y cemento con un espesor de 7 mm, el material de revestimiento son baldosas cerámicas. Para otras condiciones, los valores deben ajustarse para tener en cuenta la conductividad térmica del acabado.

Por ejemplo, al colocar una alfombra, la temperatura del refrigerante se debe aumentar entre 4 y 5 °C. Cada centímetro adicional de solera reduce la transferencia de calor entre un 5 y un 8%.

Elección final de la longitud del contorno.

Conociendo el paso de colocación de las bobinas y el área cubierta, es fácil determinar el caudal de las tuberías. Si el valor obtenido es mayor que el valor permitido, entonces es necesario instalar varios circuitos.

Es óptimo si los bucles tienen la misma longitud; no es necesario ajustar ni equilibrar nada. Sin embargo, en la práctica, es más frecuente que sea necesario dividir la tubería de calefacción en diferentes secciones.

La extensión de las longitudes del contorno debe permanecer entre el 30 y el 40 %. Dependiendo del propósito y la forma de la habitación, puede "jugar" con el paso del bucle y los diámetros de la tubería.

Un ejemplo específico de cálculo de una rama de calefacción.

Supongamos que necesita determinar los parámetros del circuito térmico para una casa con un área de 60 metros cuadrados.

Para el cálculo necesitarás los siguientes datos y características:

• dimensiones de la habitación: altura – 2,7 m, largo y ancho – 10 y 6 m, respectivamente;
• la casa tiene 5 ventanas de metal-plástico de 2 m2. metro;
• paredes exteriores - hormigón celular, espesor - 50 cm, Kt = 0,20 W/mK;
• aislamiento adicional de la pared: espuma de poliestireno de 5 cm, Kt=0,041 W/mK;
• material del techo – losa de hormigón armado, espesor – 20 cm, Kt=1,69 W/mK;
• aislamiento del ático: placas de espuma de poliestireno de 5 cm de espesor;
• dimensiones de la puerta de entrada - 0,9 * 2,05 m, aislamiento térmico - espuma de poliuretano, capa - 10 cm, Kt = 0,035 W/mK.

A continuación, veamos un ejemplo paso a paso de cómo realizar el cálculo.

Paso 1: cálculo de la pérdida de calor a través de elementos estructurales.

Resistencia térmica de los materiales de las paredes:

• hormigón celular: R1=0,5/0,20=2,5 ​​m2*K/W;
• poliestireno expandido: R2=0,05/0,041=1,22 m2*K/W.

La resistencia térmica de la pared en su conjunto es: 2,5 + 1,22 = 3,57 m2. m*K/W. Consideramos que la temperatura media en la casa es de +23 °C, la temperatura mínima en el exterior es de 25 °C con un signo menos. La diferencia de indicadores es de 48 °C.

Cálculo del área total de la pared: S1=2,7*10*2+2,7*6*2=86,4 m2. m Del indicador obtenido es necesario restar el tamaño de las ventanas y puertas: S2 = 86,4-10-1,85 = 74,55 m2. metro.

Sustituyendo los indicadores obtenidos en la fórmula, obtenemos la pérdida de calor de la pared: Qc=74,55/3,57*48=1002 W

Por analogía se calculan los costes de calefacción a través de ventanas, puertas y techos. Para evaluar las pérdidas de energía a través del ático, se tiene en cuenta la conductividad térmica del material del suelo y el aislamiento.

La resistencia térmica final del techo es: 0,2/1,69+0,05/0,041=0,118+1,22=1,338 m2. m*K/W. La pérdida de calor será: Qp=60/1.338*48=2152 W.

Para calcular la fuga de calor a través de las ventanas, es necesario determinar el valor promedio ponderado de la resistencia térmica de los materiales: ventana de doble acristalamiento - 0,5 y perfil - 0,56 m2. m*K/W respectivamente.

Ro=0,56*0,1+0,5*0,9=0,56 m2*K/W. Aquí 0,1 y 0,9 son la proporción de cada material en la estructura de la ventana.

Pérdida de calor por ventana: Qо=10/0,56*48=857 W.

Teniendo en cuenta el aislamiento térmico de la puerta, su resistencia térmica será: Rd=0,1/0,035=2,86 m2. m*K/W. Qd=(0,9*2,05)/2,86*48=31W.

La pérdida total de calor a través de los elementos envolventes es: 1002+2152+857+31=4042 W. El resultado debe incrementarse en un 10%: 4042*1,1=4446 W.

Paso 2: calor para calefacción + pérdida general de calor

Primero, calculemos el consumo de calor para calentar el aire entrante. Volumen de la habitación: 2,7*10*6=162 metros cúbicos. m. En consecuencia, la pérdida de calor por ventilación será: (162*1/3600)*1005*1,19*48=2583 W.

Según estos parámetros de la habitación, el coste total de calefacción será: Q=4446+2583=7029 W.

Paso 3: potencia requerida del circuito térmico

Calculamos la potencia óptima del circuito necesaria para compensar la pérdida de calor: N=1,2*7029=8435 W.

Siguiente: q=N/S=8435/60=141 W/m2.

Según el rendimiento requerido del sistema de calefacción y el área activa de la habitación, es posible determinar la densidad del flujo de calor por 1 metro cuadrado. metro

Paso 4: determinar el paso de instalación y la longitud del contorno

El valor resultante se compara con el gráfico de dependencia. Si la temperatura del refrigerante en el sistema es de 40 °C, entonces es adecuado un circuito con los siguientes parámetros: paso – 100 mm, diámetro – 20 mm.

Si por la tubería principal circula agua calentada a 50 °C, entonces el intervalo entre las derivaciones se puede aumentar a 15 cm y se puede utilizar una tubería con una sección transversal de 16 mm.

Calculamos la longitud del contorno: L=60/0,15*1,1=440 m.

Por separado, es necesario tener en cuenta la distancia desde los colectores al sistema de calefacción.

Como puede verse en los cálculos, para instalar un piso de agua será necesario realizar al menos cuatro circuitos de calefacción. Cómo colocar y asegurar tuberías correctamente, así como otros secretos de instalación, le explicamos revisado aquí.

Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.

Las revisiones visuales en video lo ayudarán a realizar un cálculo preliminar de la longitud y el paso del circuito térmico.

Elegir la distancia más efectiva entre ramas de un sistema de calefacción por suelo radiante:

Una guía sobre cómo saber la longitud del bucle del suelo radiante en uso:

El método de cálculo no puede considerarse sencillo. Al mismo tiempo, se deben tener en cuenta muchos factores que afectan los parámetros del circuito. Si planea utilizar el piso de agua como única fuente de calor, entonces es mejor confiar este trabajo a profesionales; los errores en la etapa de planificación pueden resultar costosos..

¿Calcula usted mismo el metraje necesario de tuberías para calefacción por suelo radiante y su diámetro óptimo? ¿Quizás todavía tenga preguntas que no cubrimos en este material? Pregúntales a nuestros expertos en la sección de comentarios.

Si se especializa en calcular tuberías para instalar pisos calentados por agua y tiene algo que agregar al material presentado anteriormente, escriba sus comentarios a continuación debajo del artículo.