Setrvačnost vodou vyhřívané podlahy

Jako každý topný systém, který používá jako chladicí kapalinu vodu nebo jiné sloučeniny, je vodou vytápěná podlaha inertní. Tepelná setrvačnost funguje ve dvou aspektech: při zahájení vytápění (při vytápění místnosti) a po zastavení aktivního ohřevu chladicí kapaliny (chlazení).

Setrvačnost vodou vyhřívané podlahy

• Hlavní indikátory setrvačnosti vodou vyhřívané podlahy
• Vodou vyhřívaný podlahový systém přejde do stacionárního (provozního) režimu
• Difúze tepla při vytápění prostor

• Extrémní setrvačnost podlahy vyhřívané vodou – co ovlivňují?
• Trubky pro podlahové vytápění
• Dotazy, komentáře, recenze

Hlavní ukazatele setrvačnosti podlahového vytápění vodou

Pro provoz vodou vyhřívaných podlah je jejich setrvačnost nevýhodou i výhodou. Setrvačnost je stav, kdy má prostředí tendenci udržovat určité podmínky (vlastní teplotu), které ovlivňují proces vytápění místností. V tomto ohledu jsou možné dva scénáře provozu vytápění:

• Náběh – v chladném prostředí trvá otopné soustavě určitou dobu, než dosáhne provozních parametrů. K tomu je nutné přímo ohřívat samotné chladivo, které následně transportuje tepelnou energii po celé ploše, se kterou je vyhřívaná podlaha v kontaktu.
• Zastavení ohřevu – i při úplném zastavení kotlového zařízení dokázalo chladivo v potrubí, ale i okolí akumulovat teplo, což vede k delšímu chlazení.

Je nutné oddělit setrvačnost samotné vodou vyhřívané podlahy (chladivo v ní) a tepelnou kapacitu prostředí (betonový potěr, keramický povlak, polštář).

Rychlost ohřevu a ochlazování je také ovlivněna vlastnostmi, jako je tepelná vodivost a součinitel prostupu tepla. Pokud je například vytápěná podlaha správně instalována na izolačním podkladu, který přeruší rozvod tepla pod montážní rovinou, pak se na vytápění místnosti uvnitř spotřebuje více energie, a tudíž se zkrátí doba dosažení provozních parametrů.

Druhým příkladem jsou různé tloušťky betonové mazaniny. Vzhledem k tomu, že materiál obklopující trubky má jinou tepelnou kapacitu při tloušťce 50 mm a 100 mm, bude ohřev strávit různou dobu.

Výstup podlahového vytápění vodou do stacionárního (provozního) režimu

Existuje tepelný plán pro topný systém založený na vodou vyhřívaných podlahách pro přechod do provozního režimu. Skládá se z následujících fází (sekcí):

1. Zrychlení, zahřátí topného systému – to zahrnuje nasycení chladicí kapaliny a absolutně všech prvků, které jsou s ní v kontaktu, tepelnou energií: potrubí, armatury, rozdělovače, distribuční jednotky, oběhová čerpadla, termostaty. Na krátkou dobu se teplota v místnosti prakticky nemění ani při maximálním výkonu kotlového zařízení, protože teplo je absorbováno technickými komponenty.
2. Vytápění místnosti – tepelná vodivost potěru, keramiky nebo jiného nátěru umožňuje energii z chladiva dále přerozdělovat po celém objemu místnosti. Teplota v místnosti začne prudce stoupat.
3. Provozní režim – jakmile řídicí automatika vydá signál k zastavení ohřevu chladicí kapaliny, její cirkulace se nezastaví, ale začne udržování zavedeného režimu. Krátkodobě může vlivem setrvačnosti vodou vyhřívané podlahy teplota v místnosti i mírně překročit nastavenou hodnotu, poté se rozsah kolísání zmenší na to, co je technicky možné.

V první fázi je rychlost ohřevu určena následujícími parametry systému:

• Kapacita chladicí kapaliny – čím je větší, tím více času je potřeba na cirkulaci a následnou výměnu.
• Kvalita a parametry tepelné izolace v místech, kde se teplo neefektivně rozvádí.
• Základní skladba otopné soustavy – počet armatur, uzavírací armatury, velikosti kolektorů, délka potrubí.

Důležitým faktorem ovlivňujícím rychlost ohřevu chladicí kapaliny je její počáteční teplota. Vzhledem k tomu, že zdroj tepla je obvykle nízkoteplotní (je aktivována automatika, která zabraňuje zahřátí kapaliny nad 55°C), rychlost ohřevu se zpomaluje.

Druhý stupeň je charakterizován spíše exponenciálním růstem než lineárním, protože ta část energie, která byla vynaložena na „urychlení“ hydraulické části a vytápění samotného topného systému, je redistribuována přímo do prostředí (potěr, keramický povlak, vnitřní vzduch) .

Ve třetí fázi se aktivuje automatizace (prostorové termostaty, termostaty teploty chladicí kapaliny, programátory), která odpojí zařízení kotle, ale cirkulace chladicí kapaliny pokračuje. V důsledku tohoto provozního schématu může docházet k mírným teplotním výkyvům v některém z parametrů s následným vyrovnáním vlivem náběhu kotle. V krátké době se systém vodní podlahy dostane do plného provozního režimu, kdy delta vibrací bude v mezích stanovených technickou podporou. Jednoduše řečeno, teplota začne kolísat v uživatelem definovaném rozsahu v závislosti na citlivosti senzorů.

Obecný vzorec popisující provoz vodou vyhřívané podlahy a rychlost vytápění:

• C – tepelná kapacita vodou vytápěné podlahy;

• t – teplota chladicí kapaliny, úměrná okolí;
• R – celkový odpor proti přenosu tepla.

V praxi se přesné vzorce a složité výpočty prakticky nepoužívají, protože pro poměrně přesný a jednoduchý výpočet setrvačnosti vodou vyhřívané podlahy se používají přirozené ukazatele výkonu na provozní výkon. Jedná se o křivky, které odrážejí vztah mezi tloušťkou betonového potěru a teplotou ohřevu. Mohou také vzít v úvahu dekorativní a dokončovací materiály.

Obr.1. – Podlahové vytápění na stupni l, přirozené indikátory

• Průměrná doba zrychlení pro vodou vyhřívanou podlahu s tloušťkou potěru 50 mm je asi 24 hodin.
• Zvětšením tloušťky potěru na 100 mm se prodlouží čas potřebný k dosažení provozní teploty na 36 hodin, pokud je potěr 150 mm, voda vyhřívaná podlaha „zrychlí“ po dobu 48 hodin.
• Přítomnost parket nebo laminátu na povrchu základního potěru prodlužuje dobu ohřevu z 24 hodin na 30-34 hodin.
• Čím menší je rozdíl mezi počáteční a požadovanou teplotou, tím rychleji bude dosaženo provozních parametrů.

Upozorňujeme, že rychlost vytápění místnosti je dána i tepelnou ztrátou celého objektu. Pokud mají místnosti velký objem, nejsou instalována energeticky úsporná okna, nefunguje správně větrání, dochází ke ztrátě velkého množství tepelné energie a v důsledku toho klesá rychlost dosahování výkonových charakteristik.

Šíření tepla při vytápění prostor

Doba vytápění prostor na návrhovou teplotu závisí na poměru vytápěné plochy a celé plochy místností, tepelných ztrát, rychlosti a objemu cirkulace chladicí kapaliny.

Obr. 2 – Vytápění místnosti ve stadiu II, přirozené indikátory

Jak je patrné z (obr. 2), změna tepelné ztráty ze 40 W/m2 na 60 W/m2 výrazně zpomaluje rychlost ohřevu (ze 44 hodin na 54 hodin). Pokud je tepelná ztráta cca 100 W/m2, bude dosažení provozních parametrů otopné soustavy trvat déle než 70 hodin.

Experimentálně bylo zjištěno, že strmost nakloněné stupnice je určena kombinací intenzivnějších a méně intenzivních tepelných ztrát. Intenzivní tepelné ztráty mohou zahrnovat nezateplené podlahy, nosné konstrukce, otevíratelné dveře nebo okna a předměty s vysokou tepelnou kapacitou. „Pomalé“ tepelné ztráty zahrnují objekty s malou tepelnou kapacitou, uzavírající konstrukce s kvalitní izolací, jinými slovy nedochází k pulzní výměně tepla při termoregulaci.

Poté, co teplota dosáhne nastavené uživatelské hodnoty, začne proces stabilizace s tlumením oscilací. Frekvence a delta oscilací jsou určeny následujícími faktory:

• Krátkodobé zvýšení tepelných ztrát – například po otevření dveří nebo oken;
• Povětrnostní podmínky;
• Kvalita a přesnost měřicích přístrojů;
• Rychlost a objem cirkulace chladicí kapaliny.

Moderní technologie, automatizační zařízení a výstavba energeticky úsporných budov umožnily téměř úplnou stabilizaci teploty správným návrhem a vysoce kvalitní instalací vodou vyhřívaných podlah. Četnost zapínání kotlového zařízení lze snížit v důsledku akumulace tepla přímo chladicí kapalinou. Čím více je, tím větší bude setrvačnost vyhřívané podlahy v první fázi, ale tím méně často se budou topná zařízení zapínat.

Extrémní setrvačnost podlahového vytápění vodou – co ovlivňuje?

Mírná inertnost se vyznačuje následujícími vlastnostmi:

• Celý vodou vyhřívaný podlahový systém se rychle zahřeje;
• Zahřívání „pracovní desky“ začíná rychle;
• Po ukončení provozu topného zařízení podlaha rychle vychladne;
• Celková tepelná kapacita kapaliny se snižuje, protože setrvačnost má přímou závislost na objemu chladicí kapaliny, a proto také ovlivňuje přenos tepla.

• Systém trvá déle, než se zahřeje, rychlost „zrychlení“ ohřevu se sníží;
• V případě odstavení kotle nebo náhlé změny povětrnostních podmínek trvá pracovní kamna déle vychladnout;
• Zařízení kotle se zapíná méně často;
• Zvyšuje se opotřebení čerpacího zařízení v důsledku většího objemu čerpané kapaliny;
• Náklady se zvyšují při použití specializovaných chladicích kapalin (nikoli vody) a nákup komponent vyžaduje velké kapitálové výdaje.

Setrvačnost podlah vytápěných vodou hraje důležitou roli při navrhování a provozu obytných a průmyslových budov. Ovlivňuje celkové provozní náklady, instalaci, náklady na komponenty, energetickou udržitelnost a bezpečnost budovy. Je však nutné najít rovnováhu mezi velkou a malou setrvačností s přihlédnutím k vlastnostem budov, konstrukcí, uspořádání místnosti a dalším faktorům. Například i malá nehoda způsobená člověkem může vést k odstavení topného systému. Větší setrvačnost vám pomůže déle existovat v pohodlných podmínkách. Nevýhodou je nadměrná produktivita, zvýšená kapacita chladicí kapaliny, výkonnější oběhová čerpadla. Výrazně zvyšují náklady na odhad na instalační práce a také na údržbu topného systému.

Vytápění vodou vyhřívanými podlahami má vysoké procento distribuce sálavého tepla (cca 49 %) a pouze 61 % energie je předáváno konvekcí. Pro srovnání radiátorové vytápění má poměr 80-99% konvekce a pouze 1-20% sálavé. To je důležité v případech, kdy je dodávka tepla organizována s přerušeními, periodickým zapínáním zařízení kotle nízké intenzity. Radiátory rychle uvolňují teplo, ale nedokážou „vyhladit“ teplotní výkyvy, když se změní podmínky prostředí. Vodou vyhřívaná podlaha má tepelnou stabilitu, která zvyšuje komfort při změnách počasí, nepravidelném provozu kotle i v kritických situacích (nedostatek elektřiny, plynu, odstávka topného systému).

Trubky pro podlahové vytápění

Trubky pro podlahové vytápění ze síťovaného polyetylenu PEX-a.

• Kyslíková ochranná vrstva ABC-Ocxygen
• Vysoká flexibilita
• Nízká hmotnost
• Vlastní, individuálně značkové kování
• Životnost přes 50 let

Všechny prvky mají pojistnou ochranu až do výše 100 000 000 rublů.
Systém je ideální pro organizaci podlahového vytápění.

Trubky jsou dodávány ve svitcích 50/100/200 metrů, s průměry od 16 do 40 mm a tloušťkou stěny od 2 do 5,4 mm.

• hustota materiálu 0,94 g/kub. cm;
• pevnost v tahu v rozmezí 22-27 MPa;
• relativní prodloužení při přetržení od 415 %;
• modul pružnosti vyšší než 550 MPa;
• odolnost proti nárazu 441 kJ/sq. cm;
• rozsah provozních teplot od 0 do + 95 o C;
• teplota měknutí vyšší než 132 stupňů o C;
• součinitel tepelné vodivosti 0,38 W/m* o C.

Trubky lze ohýbat bez nutnosti zahřívání na poloměr rovný pětinásobku průměru výrobku 5D* (ISO 15875). Pokud je nutné trubku ohnout na menší poloměr, je třeba ji nahřát pomocí průmyslového fénu (otevřený oheň může zničit polyetylen).

• Udržovaný tlak – až 10 bar
• Provozní teplota – až 95 stupňů.

Z důvodu zvýšených požadavků společnosti na suroviny a dodržování technologie peroxidového síťování polyethylenu (až 75%). Životnost je navržena na 50 let. Vysoké procento chemického zesíťování polyethylenu poskytuje:

• zvýšená flexibilita;
• snížená tepelná odolnost;
• zjednodušená instalace;
• citelné zvýšení životnosti potrubí i při extrémních provozních parametrech podlahového vytápění.