Рассмотрим передачу тепла в типовом «пироге» теплого водяного пола.
Рассчитаем влияние подложки и финишного покрытия на эффективность теплого пола.
Потребитель получает полезное тепло Q1 и теряет тепло Q2 (греет фундаментную плиту). Положим величину Q1 постоянной и равной 100 Вт/м2 (потребность в тепле пользователя постоянна). Величина потерянного тепла Q2 очевидно зависит от теплового сопротивления подложки.
Обратим внимание на то, что при увеличении теплового сопротивления финишного слоя, для обеспечения заданного уровня тепла Q1 потребуется увеличить температуру теплоносителя T*. То есть величина потерянного тепла Q2 будет зависеть также от теплового сопротивления финишного слоя.
КПД теплого пола: η = Q1 / (Q1 + Q2) * 100% .
Чем выше будет полезное тепло Q1 и чем меньше будет потерянное тепло Q2, тем выше будет КПД теплого пола.
Переданное тепло: Q = ΔT / ∑Ri (1),
где ΔT – перепад температуры на «пироге»,
Ri – тепловое сопротивление i-го слоя.
Тепловое сопротивление слоя: R = d / λ ,
где d – толщина слоя,
λ – коэф. теплопроводности материала слоя.
Из формулы (1) видно, что для определения количества передаваемого тепла Q необходимо знать перепад температуры на «пироге» ΔT. Примем температуру поверхности теплого пола T1=25°С, а температуру нижней поверхности «пирога» теплого пола T2=5°С.
Принимая T2=5°С, полагаем, что теплый пол находится на фундаментной плите или над неотапливаемым подвальным помещением.
Потребная температура теплоносителя
Температура теплоносителя потребная для обеспечения температуры поверхности теплого пола T1=25°С равна:
T*=Q1*R1+T1 = 100*R1+25 ,
где R1 =∑(di/ λi) – тепловое сопротивление стяжки и финишного покрытия.
Рассчитаем потребную температуру теплоносителя (T*) для четырех вариантов финишного покрытия.
Первый вариант - cтяжка, выполненная по классической (мокрой) технологии, с финишным покрытием в виде керамогранита.
Потребная температура T* = 100×(0,07/0,8 + 0,015/1,2) + 25 = 35,0°С.
Второй вариант - «мокрая» стяжка с финишным покрытием в виде минерально-каменного ламината (Mineral Stone Poly Composite − MSPC), уложенного на подложку (этиленвинилацетат).
Потребная температура T* = 100×(0,07/0,8 + 0,002/0,038 + 0,008/0,235) + 25 = 42,4°С.
Третий вариант - стяжка, выполненная по полусухой технологии, с финишным покрытием в виде керамогранита.
Потребная температура T* = 100×(0,07/0,4 + 0,015/1,2) + 25 = 43,75°С.
Четвертый вариант- "полусухая" стяжка с финишным покрытием в виде минерально-каменного ламината, уложенного на подложку.
Потребная температура T* = 100×(0,07/0,4 + 0,002/0,038 + 0,008/0,235) + 25 = 51,2°С.
Потерянное тепло
Теряемое тепло Q2 преодолевает тепловое сопротивление двух слоев: подложки из экструдированного пенополистирола (ЭППС) и железобетонного перекрытия.
Потерянное тепло равно Q2 = (T* - T2) / R2 .
где R2 – тепловое сопротивление подложки и ж/б перекрытия.
Тепловое сопротивление R2 = d/0,03 + 0,2/2 (м*К/Вт).
Результаты расчета
Рассчитаем зависимость КПД теплого пола от толщины подложки для всех четырех вариантов «пирога» теплого пола.
Из графиков видно, что для достижения 90% эффективности теплого пола, залитого по классической «мокрой» технологии с финишным покрытием из керамогранита, требуется подложка из ЭППС толщиной 7,8 см.
Если под стяжкой теплого пола находится теплое помещение, то температура нижней поверхности «пирога» теплого пола T2 будет выше. Примем T2=25°С и выполним расчет.
Если под стяжкой теплого пола находится теплое помещение, то для достижения 90% эффективности требуется подложка толщиной всего 2,4 см.
Выводы
- Для получения удовлетворительного КПД теплого пола толщина подложки не должна быть меньше 2,5 см.
- Для увеличения КПД теплого пола необходимо использовать мероприятия по повышению теплопроводности стяжки путем снижения ее пористости, армирования стяжки стальной сеткой.
- Для увеличения КПД теплого пола необходимо использовать теплопроводные финишные покрытия с заполнением зазоров клеевым составом: керамогранит, клеевой кварцвинил.
С расчетом можно ознакомиться здесь.
Спасибо за внимание!