Cálculo de tuberías para calefacción por suelo radiante: selección de tuberías según parámetros, elección del paso de colocación + 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 un mal funcionamiento, es necesario calcular correctamente las tuberías para la calefacción por suelo radiante: determine la longitud, el paso del bucle y la disposición del contorno.

La comodidad del uso del calentamiento de agua depende en gran medida de estos indicadores. Analizaremos estos problemas en nuestro artículo: le diremos cómo elegir la mejor opción de tubería, teniendo en cuenta las características técnicas de cada variedad. Además, después de leer este artículo, puede elegir correctamente el paso de instalación y calcular el diámetro y la longitud requeridos del contorno del piso cálido para una habitación en particular.

Parámetros para calcular el circuito de calor.

En la etapa de diseño, es necesario resolver una serie de problemas que determinan características de diseño calefacción por suelo radiante y modo de funcionamiento: seleccione el grosor de la regla, la bomba y otros equipos necesarios.

Los aspectos técnicos de la organización de la rama de calefacción dependen en gran medida de su propósito. Además del propósito, para un cálculo preciso del metraje del circuito de agua, se necesitarán varios indicadores: área de cobertura, densidad de flujo de calor, temperatura del portador de calor, tipo de piso.

Cobertura de la tubería

Al determinar las dimensiones de la base para colocar tuberías, se tiene en cuenta un espacio que no está abarrotado de equipos grandes y muebles empotrados. Debe pensar de antemano en el diseño de los elementos de la habitación.

Si el piso de agua se usa como el principal proveedor de calor, entonces su capacidad debería ser suficiente para compensar el 100% de las pérdidas de calor. Si la bobina es una adición al sistema del radiador, entonces debe cubrir el 30-60% de los costos de energía térmica de la habitación.

Flujo de calor y temperatura del refrigerante

La densidad de 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: la conductividad térmica de las paredes, los pisos, el área de acristalamiento, la presencia de aislamiento y la intensidad del intercambio de aire. Según el flujo de calor, se determina el paso de colocación del bucle.

El indicador máximo de la temperatura del refrigerante es 60 ° C. Sin embargo, el grosor de la regla y el revestimiento del piso reducen la temperatura; de hecho, se observan aproximadamente 30-35 ° C en la superficie del piso. La diferencia entre los indicadores térmicos en la entrada y salida del circuito no debe exceder los 5 ° C.

Tipo de piso

El acabado afecta el rendimiento del sistema. Óptima conductividad térmica de baldosas y gres porcelánico: la superficie se calienta rápidamente. Un buen indicador de la eficiencia del circuito de agua cuando se utiliza un laminado y linóleo sin una capa de aislamiento térmico. La conductividad térmica más baja de un revestimiento de madera.

El grado de transferencia de calor también depende del material de relleno. El sistema es más efectivo cuando se usa concreto pesado con agregado natural, por ejemplo, guijarros marinos de fracción fina.

El mortero de cemento y arena proporciona un nivel medio de transferencia de calor al calentar el refrigerante a 45 ° C. La eficiencia del circuito disminuye significativamente cuando el dispositivo es enrasado semiseco

Al calcular las tuberías para un piso cálido, se deben tener en cuenta las normas establecidas del régimen de temperatura del revestimiento:

• 29 ° C - sala de estar;
• 33 ° C - locales de alta humedad;
• 35 ° C - zonas de paso y zonas frías - secciones a lo largo de las paredes finales.

Las características climáticas de la región desempeñarán un papel importante en la determinación de la densidad del tendido del circuito de agua. Al calcular las pérdidas de calor, se debe tener en cuenta la temperatura mínima en invierno.

Como muestra la práctica, el calentamiento preliminar de toda la casa ayudará a reducir la carga. Tiene sentido aislar primero la habitación y luego proceder al cálculo de la pérdida de calor y los parámetros del circuito de la tubería.

Evaluación de las propiedades técnicas al elegir tuberías.

Debido a condiciones de funcionamiento no estándar, se imponen altas exigencias al material y al tamaño de la bobina del piso de agua:

• inercia químicaresistencia a los procesos de corrosión;
• revestimiento interior absolutamente lisono propenso a la formación de crecimientos calcáreos;
• durabilidad - Desde el interior, el refrigerante actúa constantemente en las paredes, y desde el exterior, una solera; La tubería debe soportar una presión de hasta 10 bar.

Es deseable que la rama de calentamiento tenga una pequeña gravedad específica. Una torta de piso de agua ya ejerce una carga significativa en el techo, y una tubería pesada solo agravará la situación.

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

Tres categorías de productos de tubería corresponden a estos requisitos en un grado u otro: polietileno reticulado, metal-plástico, cobre.

Opción # 1 - Polietileno reticulado (PEX)

El material tiene una estructura celular de malla ancha de enlaces moleculares. Modificado del polietileno ordinario se distingue por la presencia de ligamentos longitudinales y transversales. Esta estructura aumenta la gravedad específica, la resistencia mecánica y la resistencia química.

El circuito de agua de las tuberías PEX tiene varias ventajas:

• alta elasticidad, permitiendo colocar una bobina con un pequeño radio de curvatura;
• seguridad - cuando se calienta, el material no emite componentes dañinos;
• resistencia al calor: ablandamiento - desde 150 ° C, fusión - 200 ° C, combustión - 400 ° C;
• conserva la estructura con fluctuaciones de temperatura;
• resistencia al daño - destructores biológicos y químicos.

La tubería conserva su rendimiento original: no se deposita sedimento en las paredes. La vida útil estimada del circuito PEX es de 50 años.

Las desventajas del polietileno reticulado son: miedo a la luz solar, el impacto negativo 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 de plomería lo reemplazan con un reactivo seguro. Las tuberías con un certificado de higiene están permitidas para la instalación. La densidad de reticulación es 65-70%.
3. PEX-c - método de radiación. El polietileno se irradia con una corriente de rayos gamma o un electrón. Como resultado, los bonos se condensan hasta un 60%. Desventajas de PEX-c: uso inseguro, reticulación desigual.
4. PEX-d - nitruración. La reacción para crear la red continúa debido a los radicales de nitrógeno. La salida es un material con una densidad de reticulación de aproximadamente 60-70%.

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

Si permaneció en tuberías de polietileno reticulado, le recomendamos que se familiarice con reglas de arreglo sistemas de suelo radiante de ellos.

Opción # 2 - metal-plástico

El líder del alquiler de tuberías para la disposición de calefacción por suelo radiante es metal-plástico. Estructuralmente, el material incluye cinco capas.

El revestimiento interno y la cubierta externa: polietileno de alta densidad, que le da a la tubería la suavidad y resistencia al calor necesarias. Capa intermedia - junta 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 plástico:

• buena conductividad térmica;
• capacidad de mantener una configuración dada;
• temperatura de funcionamiento con preservación de propiedades - 110 ° С;
• baja gravedad específica;
• movimiento silencioso del refrigerante;
• seguridad de uso;
• resistencia a la corrosión;
• duración de la operación: hasta 50 años.

La desventaja de las tuberías compuestas es la inadmisibilidad de doblarse alrededor del eje. Con la torsión repetida, existe el riesgo de dañar la capa de aluminio. Le recomendamos que se familiarice con tecnología de instalación adecuada tubos de plástico, que ayudarán a evitar daños.

Opción # 3 - tubos de cobre

Según las características técnicas y operativas, el metal amarillo será la mejor opción. Sin embargo, su relevancia está limitada por el alto costo.

En comparación con las tuberías sintéticas, el circuito de cobre gana de varias maneras: conductividad térmica, resistencia térmica y física, variabilidad de flexión ilimitada, impermeabilidad absoluta al gas

Además del alto costo, las tuberías de cobre tienen una desventaja adicional: complejidad montaje. Para doblar el circuito, necesita una máquina de prensa o doblador de tubos.

Opción n. ° 4: polipropileno y acero inoxidable

A veces se crea una rama de calentamiento a partir de polipropileno o tubos corrugados inoxidables. La primera opción es asequible, pero bastante rígida para doblar: el radio mínimo de ocho diámetros de producto.

Esto significa que las tuberías con un tamaño de 23 mm tendrán que colocarse a una distancia de 368 mm entre sí; un aumento de la inclinación no garantizará un calentamiento uniforme.

Las tuberías a prueba de corrosión se caracterizan por una alta conductividad térmica y una buena flexibilidad. Contras: la fragilidad de las bandas de goma, la creación de una corrugación de fuerte resistencia hidráulica.

Posibles formas de colocar el contorno

Para determinar la velocidad de flujo de una tubería para organizar un piso cálido, debe decidir la disposición del circuito de agua. La tarea principal de la planificación del diseño es garantizar un calentamiento uniforme, teniendo en cuenta las áreas frías y sin calefacción de la habitación.

Las siguientes opciones de diseño son posibles: serpiente, serpiente doble y caracol. Al elegir un esquema, debe considerar el tamaño, la configuración de la habitación y la ubicación de las paredes externas.

Método # 1 - la serpiente

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

Cuando se pone con una serpiente, es imposible lograr un calentamiento uniforme: la diferencia de temperatura puede alcanzar los 10 ° C. El método es aplicable en habitaciones estrechas.

El esquema de serpiente angular es óptimo si es necesario aislar la zona fría en la pared del fondo o en el pasillo

Una serpiente doble permite una transición de temperatura más suave. Los circuitos de avance y retroceso son paralelos entre sí.

Método # 2 - caracol o espiral

Este se considera el esquema óptimo que garantiza un calentamiento uniforme del revestimiento del piso. Las ramas hacia adelante y hacia atrás se apilan alternativamente.

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

En grandes áreas, se implementa un esquema combinado. La superficie se divide en sectores y para cada uno desarrolla un circuito separado que va al colector común. En el centro de la habitación, la tubería se presenta con un caracol y, a lo largo de las paredes exteriores, con una serpiente.

Tenemos otro artículo en nuestro sitio en el que examinamos en detalle diagramas de cableado de instalación calefacción por suelo radiante y recomendaciones para elegir la mejor opción, dependiendo de las características de una habitación en particular.

Procedimiento de cálculo de tuberías

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

Principios de construcción de un circuito.

Al comenzar 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 con un circuito de agua es de 20 metros cuadrados. m. En habitaciones grandes es necesario dividir el espacio en zonas y para cada una colocar una rama de calefacción separada.
3. La distancia desde la pared hasta la primera rama es de 25 cm. El paso permitido de los giros de las tuberías en el centro de la habitación es de hasta 30 cm, a lo largo de los bordes y en las zonas frías: 10-15 cm.
4. La determinación de la longitud máxima de la tubería para un piso cálido debe basarse en el diámetro de la bobina.

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

La tabla muestra el caudal estimado de la tubería, según el paso del bucle. Para obtener datos actualizados, se debe tener en cuenta el margen para giros y la distancia al recolector

Fórmula básica con explicaciones.

El cálculo de la longitud del contorno del piso cálido se realiza de acuerdo con la fórmula:

L = S / n * 1.1 + k,

Donde:

• L - la longitud deseada de la calefacción principal;
• S - área cubierta del piso;
• n - paso de colocación;
• 1,1 - margen estándar del diez por ciento para curvas;
• k - lejanía del colector desde el piso - se tiene en cuenta la distancia al cableado del circuito en la alimentación y el retorno.

Crucial jugará el área de cobertura y el tono de los giros.

Para mayor claridad, en papel, debe trazar un plano de la habitación que indique las dimensiones exactas y designar el paso del circuito de agua.

Debe recordarse que no se recomienda la colocación de tuberías de calefacción debajo de electrodomésticos grandes y muebles empotrados. Los parámetros de los objetos marcados se deben restar del área total.

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

Cálculo termotécnico con la definición del paso del circuito.

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

Los costos de calor a través de los elementos estructurales del edificio y la ventilación deben compensarse completamente con la energía térmica generada en el circuito de agua.

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

M = 1.2 * Q,

Donde:

• M - rendimiento del circuito;
• Q - pérdida general de calor de la habitación.

El valor de Q puede descomponerse en componentes: consumo de energía a través de la envolvente del edificio y los costos asociados con la operación del sistema de ventilación. Veamos cómo calcular cada uno de los indicadores.

Pérdida de calor a través de elementos de construcción.

Es necesario determinar el consumo de energía para todas las estructuras de cerramiento: paredes, techo, ventanas, puertas, etc. La fórmula de cálculo:

Q1 = (S / R) * Δt,

Donde:

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

Al 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,

Donde:

• Un - espesor de capa, m;
• Ct - coeficiente de conductividad térmica, W / m * K.

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

El coeficiente de conductividad térmica de materiales de construcción y calentadores se puede tomar del directorio o ver la documentación adjunta para un producto en particular

Más valores del coeficiente de conductividad térmica para los materiales de construcción más populares que presentamos en la tabla contenida en el siguiente artículo.

Pérdida de calor de ventilación

Para calcular el indicador, se usa la fórmula:

Q2 = (V * K / 3600) * C * P * Δt,

Donde:

• V - volumen de la habitación, cubo m;
• K - tipo de cambio del aire;
• C - calor específico del aire, J / kg * K;
• P - densidad del aire a temperatura ambiente normal - 20 ° C.

La multiplicidad de intercambio de aire en 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 actualizarse dos veces por hora.

El calor específico 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 bajo 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: un aumento del consumo de energía en un 10% 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 requerida del piso cálido para compensar la pérdida de calor. Usando un gráfico de la dependencia del flujo de calor de la temperatura del refrigerante, puede determinar el paso y el diámetro de la tubería adecuados.

La escala vertical es el régimen de temperatura promedio del circuito de agua, el horizontal es el indicador de la producción de calor por el sistema de calefacción por 1 kilómetro cuadrado. m

Los datos son relevantes para el calentamiento por suelo radiante en una solera de cemento de arena de 7 mm de espesor, el material de recubrimiento es de baldosas de cerámica. Para otras condiciones, se requiere un ajuste de los valores teniendo en cuenta la conductividad térmica del acabado.

Por ejemplo, al alfombrar, la temperatura del refrigerante debe aumentarse en 4-5 ° C. Cada centímetro adicional de regla reduce la transferencia de calor en un 5-8%.

Selección final de longitud de contorno

Conociendo la inclinación de la colocación de las curvas y el área cubierta, es fácil determinar la velocidad de flujo de las tuberías. Si el valor obtenido es mayor que el valor permitido, entonces es necesario equipar varios circuitos.

De manera óptima, si los bucles tienen la misma longitud, no necesita ajustar ni equilibrar nada.Sin embargo, en la práctica, más a menudo existe la necesidad de dividir la calefacción principal en diferentes secciones.

La extensión de las longitudes de los contornos debe permanecer dentro del 30-40%. Dependiendo del propósito, la forma de la habitación puede ser "reproducida" por el paso del bucle y el diámetro de la tubería.

Un ejemplo específico de cálculo de una rama de calefacción.

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

Para el cálculo, necesita los siguientes datos y características:

• dimensiones de la sala: altura - 2.7 m, largo y ancho - 10 y 6 m, respectivamente;
• La casa tiene 5 ventanas de metal-plástico de 2 metros cuadrados. m;
• paredes externas - hormigón celular, espesor - 50 cm, CT = 0.20 W / mK;
• aislamiento de pared adicional - poliestireno 5 cm, CT = 0.041 W / mK;
• material del techo - losa de hormigón armado, espesor - 20 cm, CT = 1.69 W / mK;
• aislamiento en el ático - paneles de poliestireno de 5 cm de espesor;
• dimensiones de la puerta delantera - 0.9 * 2.05 m, aislamiento térmico - espuma de poliuretano, capa - 10 cm, CT = 0.035 W / mK.

A continuación, consideramos un ejemplo paso a paso del cálculo.

Paso 1 - cálculo de la pérdida de calor a través de elementos estructurales

Resistencia térmica de materiales de pared:

• 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 sq. m * K / W. Tomamos la temperatura promedio en la casa como +23 ° C, la mínima en la calle 25 ° C con un signo menos. La diferencia es de 48 ° C.

Cálculo del área total de la pared: S1 = 2.7 * 10 * 2 + 2.7 * 6 * 2 = 86.4 metros cuadrados. m. Del indicador obtenido es necesario restar el valor de ventanas y puertas: S2 = 86.4-10-1.85 = 74.55 sq. m

Sustituyendo los parámetros obtenidos en la fórmula, obtenemos pérdidas de calor de la pared: Qc = 74.55 / 3.57 * 48 = 1002 W

Por analogía, los costos de calefacción se calculan a través de ventanas, una puerta y un techo. Para evaluar las pérdidas de energía a través del ático, se tienen en cuenta la conductividad térmica del material del piso y el aislamiento.

La resistencia térmica total del techo es: 0.2 / 1.69 + 0.05 / 0.041 = 0.118 + 1.22 = 1.338 sq. m * K / W. Las pérdidas de calor serán: Qп = 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 sq. m * K / W, respectivamente.

R® = 0.56 * 0.1 + 0.5 * 0.9 = 0.56 m2 * K / W. Aquí, 0.1 y 0.9 son las partes de cada material en la estructura de la ventana.

Pérdida de calor de la ventana: Q® = 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 sq. m * K / W. Qd = (0.9 * 2.05) / 2.86 * 48 = 31 W.

Las pérdidas totales de calor a través de los elementos envolventes son iguales: 1002 + 2152 + 857 + 31 = 4042 W. El resultado debe incrementarse en un 10%: 4042 * 1.1 = 4446 vatios.

Paso 2 - calor para calefacción + pérdida general de calor

Primero, calculamos el consumo de calor para calentar el aire entrante. Volumen de la sala: 2.7 * 10 * 6 = 162 cu. En consecuencia, la pérdida de calor por ventilación será: (162 * 1/3600) * 1005 * 1.19 * 48 = 2583 W.

De acuerdo con estos parámetros de la sala, los costos totales de calefacción serán: Q = 4446 + 2583 = 7029 W.

Paso 3 - la potencia requerida del circuito de calor

Calculamos la potencia de bucle óptima necesaria para compensar la pérdida de calor: N = 1.2 * 7029 = 8435 W.

Además: 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 de flujo de calor por 1 sq. m

Paso 4: determinación del paso de colocación 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 el agua circula en el tronco, calentada a 50 ° C, entonces el intervalo entre las ramas se puede aumentar a 15 cm y se puede usar una tubería con una sección transversal de 16 mm.

Consideramos 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 térmico.

Como se puede ver en los cálculos, para la disposición del piso de agua tendrá que hacer al menos cuatro circuitos de calefacción. Y cómo colocar y fijar correctamente las tuberías, así como otros secretos de instalación, nosotros revisado aquí.

Conclusiones y video útil sobre el tema.

Las revisiones de video visuales ayudarán a hacer un cálculo preliminar de la longitud y el tono del circuito térmico.

Elegir la distancia más efectiva entre las ramas del sistema de calefacción de piso:

Una guía sobre cómo averiguar la longitud del circuito de una calefacción por suelo radiante explotada:

El método de cálculo no se puede llamar simple. Al mismo tiempo, deben tenerse en cuenta muchos factores que afectan los parámetros del circuito.Si planea usar el piso de agua como la única fuente de calor, entonces es mejor confiar este trabajo a los profesionales: los errores en la etapa de planificación pueden ser costosos.

Calcular el metraje requerido de tuberías para un piso cálido y su diámetro óptimo usted mismo? ¿Quizás todavía tiene preguntas que no abordamos en este artículo? Pregúntales a nuestros expertos en la sección de comentarios.

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