Сначала хотел по быстрому все посчитать, свести в табличку, потом решил, что это хороший повод, попрактиковаться в физике таких расчетов. Для строителя, оно всяко полезно.
Поэтому, для начала, напомню про подходы к этим расчетам. В принципе, кому лениво - можно пропустить (считаем, что это "мелким текстом")
(... мстительно так), но результаты расчетных оценок и выводы - суну в самый конец текста :)
Как это вообще считают.
В принципе, это обычная поточная задача. Есть то, что вызывает поток (воды, эл. тока), т.е. напор, напряжение. В данном случае - температурный напор, разность температур. А потоком в данном случае - служит поток тепловой энергии.
Есть сопротивление на пути потока. От крана, длинной трубы, сужения трубы... - в гидравлике, до "Омов" в электричестве.
Есть зависимость между напором, сопротивлением и результатом, т.е. характеристикой потока.
Сколько литров в секунду, сколько кулонов в секунду (или Ампер), сколько Джоулей в секунду, т.е. Ватт, т.е. какова мощность теплового потока через данное препятствие.
В гидравлике, увы, нелинейно. Это все из-за Торричели, в смысле он придумал :) Вообще, гениальный был дядька. С него, по сути началась гидравлика.
Вот как, аж в 1641-ом году, можно было додуматься, как скорость в трубе, зависит от давления (высоты столба жидкости)?
То, что чем больше столб жидкости (давление), тем быстрее потечет - всем понятно, а вот как это связано точно?
При этом, никакого тебе инета, учебников, расходомеров (окромя ведра и секундомера). А ведь зная скорость и сечение струи, мы получаем расход, т.е. решаем главную задачу гидравлики, как расход в данной системе будет зависеть от разности давлений.
Короче, мужик делает гениальную догадку. Скорость струи, создаваемой столбом воды, будет равна скорости капли, которая упала с высоты этого столба!
Просто, ясно... - гений, чО! (завидно). По мне, шикарный пример, как люди раньше РАССУЖДАЛИ.
Ну, а так как эта скорость капли, нелинейно (квадратично), зависит от высоты падения - в гидравлике все тоже нелинейно. Скорость (расход) пропорциональна корню из высоты (давления).
Хотим расход поднять в два раза - задирай давление в четыре.
С тепловым потоком - разбирались аж два умных дяденьки, Рихман и тот самый Ньютон, которым мучили в школе. Закон так и называется - закон Ньютона-Рихмана. В принципе, там еще и Фурье покопался, но не буду запутывать.
К нашей радости, никаких корней - все линейно. В два раза растет тепловой напор (разность температур), в два раза растет мощность теплового потока.
В два раза рост сопротивление (два кирпича, вместо одного) - в два раза падает мощность теплового потока.
Все точно так же, как в законе Ома.
Что будем считать
Две задачи.
1. Сколько градусов упадет на нашем финишном покрытии. Это даст возможность, оценить температуру низа этого покрытия, ну и прикинуть, выживет ли покрытие при такой температуре.
2. Каковы потери, вследствие этого дополнительного препятствия между источником тепла (трубой) и комнатой.
Но прежде чем считать, опять позанудствую с физикой.
У электриков (электронщиков) - есть понятие удельной проводимости. Берут куб материала, к противоположным плоскостям электроды, ну и замеряют. Какой поток электричества (какой ток), пойдет через квадратный метр материала метровой толщины, при напряжении в 1В.
На деле, никто конечно с кубами не возится, берут проводник, замеряют сечение и длину, дальше пересчитывают на этот куб.
У теплотехников, ровно та же идея. Какова мощность потока, сколько Вт (Джоулей в секунду) пройдет через квадратный метр материала, толщиной в метр, при разности температур в 1С.
При этом, есть одна "странность". Размерность этого параметра (коэффициента теплопроводности) - Вт/м*С.
Ну, если предположить, что метр, это толщина, то вопрос, куда квадратный метр подевался, через который этот поток идет? Забыли?
Не пугайтесь, не забыли, просто сократили. Полная размерность выглядит так: Вт*м/м2*С=Вт/м*С. Метры в знаменателе, это как раз останки площади, после сокращения, а толщина - была в числителе.
Рекомендация. Всегда пытайтесь понять физический смысл размерности. Будет ясность, что это за зверь, что от нее ожидать, как использовать. Будет ОЩУЩЕНИЕ размерности. В данном случае -
Физический смысл Коэф. теплопроводности - сколько Вт, нужно давануть на квадрат материала (метровой толщины), чтоб поднять температуру стенки на градус.
Но в реале, с материалом толщиной в метр - дело имеют редко, на практике используют другой параметр. Тепловое сопротивление.
Физический смысл теплового сопротивления - на сколько градусов поднимется температура ограждения, если на его квадрат подать 1Вт тепла. Размерность С*м2/Вт.
Например, сопротивление стены 10 (это много, под полметра минваты), значит на каждый ватт подведенный к квадрату стены, температура поднимется на 10 градусов.
Считается просто. Толщину слоя делят на Коэф.теплороводности.
Список материалов.
Для примера, возьмем ряд материалов (и сразу их параметры).
- Керамическая плитка по стяжке. С плиткой - засада, керамики очень разные, какая теплопроводность у "вон той плитки" - якутский шаман знает.
Разброс по керамике, от 0,3 у керамогранита, до 1,5 у фаянса. От фонаря возьмем Ктп=1 Вт/м*С. Толщина 8 мм, сопротивление 0,008/1=0,008 С*м2/Вт.
К ней стяжка, возьмем 3 см над трубой. Теплопроводность возьмем по максимуму (для ЖБ), 2 Вт/м*С, сопротивление 0,015 С*м2/Вт.
Общее сопротивление 0,023 С*м2/Вт - Ламинат. Ктп=0,43 Вт/м*С, толщина 10 мм, сопротивление 0,023 С*м2/Вт. К этому, подложка, Ктп=0,04, толщина 3 мм, сопротивление 0,075 С*м2/Вт. Общее сопротивление 0,098 С*м2/Вт (округлим до 0,1)
- Линолеум. Ктп=0,18 Вт/м*С, толщина 10 мм, сопротивление 0,05 С*м2/Вт.
- Ковролин. Ктп=0,045 Вт/м*С , толщина 7 мм, сопротивление 0,15 С*м2/Вт.
- ДВП. Ктп=0,06 Вт/м*С, толщина 3,5 (с краской), сопротивление 0,06 С*м2/Вт (примерно, как у линолеума).
К всяким "ламинатам", добавляем еще листовой материал, тот же ковролин, прямо на трубы не постелешь.
Два варианта. ОСП (ДСП) Ктп - 0,15, фанера - 0,12. Берем фанеру 9 мм (сопротивление 0,075) и ранжируем по итоговому сопротивлению:
Ковролин 0,225; Ламинат 0,175, Линолеум (и ДВП) 0,125; Керамика по стяжке 0,023.
Температуры нижнего слоя финишного покрытия.
Идея как считать - простая. С верхней поверхности пола - отдается определенная мощность. Примерно 12 Вт/м2*С, т.е. если температура пола, будет на один градус выше температуры комнаты, то с каждого квадрата пола, будет сниматься 12 Вт.
Рекомендованная температура полов для жилых помещений +26С.
В доме, допустим хотим +20С. Дельта 6 градусов. С квадрата, снимается 72 Вт. Вся эта мощность, проходит через финишное покрытие и мы можем оценить, сколько градусов на нем теряется, т.е. на сколько градусов, низ этого покрытия, будет теплее верха (рабочей стороны пола).
Берем самый тяжелый случай, ковролин. Если на квадрат подать 1 Вт, температура (низа) поднимется на 0,225С (вспоминаем физический смысл теплового сопротивления). У нас, аж 72 Вт, что поднимет температуру на 16,2 градусов. Т.е. когда наверху будет 26С, нижний слой ковролина прогреется до 42,2С. Опять сводим в одну строчку:
Ковролин 42,2С, ламинат 38,6С, линолеум 35С, стяжка 27,7С.
Что будет с материалами при этих температурах?
Общие соображения:
- Солнце, часами, может держать температуру любого пола, свыше 40С. Разрушения полов - не наблюдается.
- Если полежать/посидеть на полу и прогреть его до +35С - пол не разрушается.
Иначе, нафига такой пол.
- Ковролин - наблюдал лично, над теплыми электрополами (кабельными), причем с температурой градусов под 40 (ноге горячо). Хозяева-камикадзе конечно (это провода градусов под 70), но гвоворили, что три года ковролин без изменений.
- Линолеум - производители говорят, что греть верхнюю поверхность, можно до 27С (редко до +28С). Для линолеума, у которого есть разрешение на использования в теплых полах.
При этом, утверждают, что диапазон температур эксплуатации сверху ограничен +50С. Видимо, из этого и исходят (при +27С сверху слоя, снизу будет ниже +50С). - Ламинат. С ним две сложности.
1. Производитель говорит о температуре КОНТАКТНОГО слоя (т.е. низа покрытия) - до +27С (если честно, не понимаю, на нем получается сидеть нельзя? И на солнце - ни-ни?)
2. Там два слоя. +38,6, это низ подложки, а низ ламината в этих же условиях +27,7С, т.е. пролазим по условиям производителя.
Ламинат на теплые полы, кладут массово. Посмотрел на предмет стонов - "все пропало". По ламинату разрешенному для теплых полов - особых стонов не слышно. Есть ошибки монтажа, в частности, не выдержан зазор у стен, полы вздуваются. - Про плитку и стяжку - понятно, классика, проблем нет.
Потери при разных финишных полах.
Казалось бы, при чем тут финишные настилы и потери. Теплоизоляция (пирог: - теплый пол-улица) - не меняется, а потери она и определяет.
На самом деле, это не верно. Потери определяет разница температур и тепловое сопротивление (этот самый пирог).
Когда у нас высокое сопротивление сверху, мы вынуждены повышать температуру теплоносителя и как следствие - будет рост потерь.
Попробуем оценить. Пусть средняя отопительного -4С. Возьмем плитку по стяжке и линолеум для примера.
Температуры 27 и 35. Дельты 31 и 39. Потери пола выросли на 26% Это серьезная цифра, но как любое отношение, она не дает понимания "сколько будет в граммах", в смысле в ваттах.
Для дома в рамках этого проекта (теплозащита пола - 400 мм слой пеноизола с сопротивлением 13 С*м2/м2) у нас энергия распределится на два потока:
- Вверх - мы уже считали, в пределе 72 Вт/м2
- Вниз - дельта 39С, для того, чтоб на сопротивлении 13, получить такую дельту, потребный поток 39/13=3Вт/м2.
Собственно, такой поток, особо не напрягает. При этом, нужно учесть, что потребности в 72 Вт/м2 с пола - в таком доме не будет никогда. Теплопотери всего дома при -50С - около 2кВт.
В холодном доме - эта доля может быть весьма существенной. Возьмем предельный вариант - неутепленный брус, 150мм, сопротивление около единицы. В этом случае, поток на улицу будет около 39 Вт/м2. Это больше половины мощности, поступающей в дом.
Впрочем, в этом случае и стяжка особо не поможет. Вместо 39 Вт/м, будет 31, ровно половина, от мощности выделяемой внутри дома на нагрев.
Теплые полы без утепления - деньги на ветер.
