Теплоотдача теплого водяного пола на м2: Расчет водяного теплого пола (пошаговая инструкция)

Содержание

расчет требуемой мощности и длины трубы

С ростом популярности технологии теплого пола, как электрического, так и водяного, появляется все больше желающих осуществить его монтаж самостоятельно. Тем более что особенно сложного в этом ничего нет. Одним из наиболее ответственных этапов такой работы является расчет теплого пола. Какую трубу выбрать: материал, диаметр и схема укладки? Каким должен быть котел? Как осуществить подключение к основной системе и что для этого нужно? Давайте попробуем разобраться во всех этих вопросах.

Выбираем трубы: материал, диаметр, количество

Для скрытых систем отопления можно использовать металлические и полимерные трубы. Наиболее долговечной и эффективной по праву считается медная система. Однако в нашей стране этот материал используется достаточно редко. Причиной тому – высокая цена. Кроме того, для монтажа медных труб необходимо специальное дорогостоящее оборудование, а значит, самостоятельная их укладка не рентабельна.

Немного чаще чем медь для монтажа «подпольных» систем домашние умельцы используют полипропилен и сшитый полиэтилен (РЕХ-труба). Но и эти материалы нельзя назвать самыми популярными. Первые требуют большого радиуса изгиба, и минимально допустимого расстояния между трубами может быть просто не достаточно. А вторые не держат форму, а значит, их придется часто и жестко фиксировать.

Лучше всего для «теплого пола» подходят металлопластиковые трубы. Их физические характеристики идеально подходят к требованиям технологии, а цена радует кошелек.

Лучшим материалом для монтажа водяного теплого пола считается металлопластик

Важно! В комнатах, где будет стационарно стоять тяжелая мебель – диваны, шкафы-купе, и т.д., укладывать под ними теплый пол не следует. Если же мебели много, следует серьезно задуматься о целесообразности использования именно такой системы отопления.

Эта схема позволит вам не только достаточно легко подсчитать необходимое количество труб, но и поможет во время монтажа.

Необходимое расстояние между трубами и их диаметр поможет определить расчет мощности теплого пола. Доверить его лучше профессионалам, так как для его правильности огромное значение имеет правильное определение теплопотерь здания.

Методы укладки

Сравнение методик укладки рассмотрено в табличных данных:

ХарактеристикаУкладка «змейкой»Укладка «улиткой»
Протяженность труб, п.м.
Прогрев напольного покрытияУменьшается к концу петлиРавномерный
Общий коэффициент сопротивления
Уменьшение давления при преодолении сопротивлений, ПА25061629
Потери давления линейные (для труб)1695615072
Суммарные потери давления в петле1946216701

Подключение системы может быть реализовано следующими способами:

  • от котла (теплогенератора) посредством смесительно-регулировочного узла;
  • от радиаторного отопления посредством теплообменника с моделированием собственного контура или от обратного трубопровода через термостатический узел;
  • от контура горячего водоснабжения посредством термостатического узла.

Все указания должны содержаться в проекте водяного теплого пола.

Конструирование системы должно подчиняться указанным правилам:

  • трубы должны монтироваться параллельно, что обеспечит равномерную теплоотдачу;
  • петли должны наращиваться с участием пресс-фитингов. Их сопротивление должно учитываться в гидравлическом расчете;
  • после монтажа труб необходимо создать исполнительную схему, где указана привязка осей. При дальнейших работах это поможет избежать повреждений;
  • чтобы закрепить на поверхности какую-либо конструкцию, в стяжке устраиваются закладные, дюбели, пробки;
  • следует предусмотреть присоединение петель равнозначной длины к одному коллектору;
  • деформационные швы должны располагаться: в местах входящих углов, вдоль перегородок и стен, при длине пола от 8 м, при площади пола от 40 м².

До монтажа целесообразно реализовать расчет теплого водяного пола своими руками.

Обзор матов теплого водяного пола произведен в статье.

Эффективность системы зависит от типа используемой изоляции и толщины напольной конструкции

Метод расчета теплоотдачи водяного теплого пола

После того как определены необходимые значения, мы приступаем непосредственно к расчету теплоотдачи водяного теплого пола, так как от этого показателя будет зависеть температура нагрева жидкости в системе, расположение, шаг укладки и количество необходимых труб, а также толщина песчано-цементной стяжки.

Для такого расчета используем формулу q = aп*(t tв)1.1Вт/м2

q – удельный тепловой поток водяного теплого пола;

aп – коэффициент теплоотдачи, приблизительно равный 9,82;

– максимальная температура пола;

tв – необходимая температура воздуха в помещении.

После определения теплоотдачи водяного теплого пола, применяя специальные таблицы можно рассчитать шаг укладки и количество труб, необходимое для определенного помещения. Для этого будем использовать следующую формулу: L=S/N1,1, где

L – длина необходимых труб;

S – площадь помещения, в квадратных метрах;

N – необходимый шаг укладки труб;

1,1 – коэффициент, учитывающий запас труб на изгибы.

Также необходимо понимать какие функции будет выполнять система водяного теплого пола, если это дополнение к радиаторному отоплению для поддержания комфортной температуры поверхности пола, то необходимо только рассчитать контур, нагревающий пол в необходимой зоне до температуры комфорта. В случае, когда водяной теплый используется как источник для полного отопления, тогда необходим расчет всех показателей полноценной системы отопления. При этом показатели мощности системы теплого пола должны полностью компенсировать все тепловые потери Вашего дома. Показатели теплоотдачи будут существенно отличаться по значениям, и для этого применяются определенные правила расчетов, которые мы рассмотрим далее на практических примерах.

Рассчитаем параметры теплого пола для жилой комнаты 20 метров м2, покрытие линолеум, где установлены радиаторы отопления, как основной источник, а теплый пол будет применятся, как дополнение к существующему отоплению. Так как у нас покрытие из линолеума, то поверхность пола не должна превышать 26 °С, комфортную температуру принимаем за 22°С.

Используя формулу: q = aп*( – tв)1.1 подставляем значения q = 9,82*(26-22) 1,1 = 9,82*4,6 = 45,2 Вт/ м2, используя таблицу для синтетических материалов, мы получаем следующие значения: можно применить шаг укладки 25 см с температурой теплоносителя 32,5°С (температурный режим 37,5°С /27,5°С), толщина стяжки 5см, а количество необходимых труб получим следующим образом: L = 20 м2/0,25 м*1,1 = 88 метров.

На следующем примере рассчитаем все параметры для ванной комнаты площадью 6 м2 и толщиной стяжки 5см.

Определяем оптимальный тепловой поток по формуле: q =9,82*(31-25)1,1 =9,82*7,18=70,5Вт/ м2, подставляя данные в нижеприведенную таблицу, мы видим, что такой теплоотдачи возможно достичь при шаге укладки 15 см и температуре теплоносителя 40°С (температурный режим 45°С /35°С), а количество необходимых труб получим следующим образом: L = 6 м2/0,15 м*1,1 = 44 метра, и в конце плюсуем количество труб, необходимое чтобы подсоединить контур к коллектору, согласно рассчитанному плану всего дома.

Рассчитаем теперь параметры для жилой комнаты 16 метров м2, покрытие линолеум. Используем туже формулу:

q = 9,82*(26-21) 1,1 = 9,82*5,91 = 58вт/ м2, подставляя данные в нижеприведенную таблицу для синтетических материалов, мы получаем следующие значения: шаг укладки 20 см, температуре теплоносителя 37,5°С (температурный режим 42,5°С /32,5°С), толщина стяжки 5см, а количество необходимых труб получим следующим образом: L = 16 м2/0,20 м*1,1 = 88 метра, и в заключение плюсуем количество труб, необходимое чтобы подсоединить контур к коллектору, согласно рассчитанному плану всего дома.

В следующей статье мы рассмотрим какие трубы целесообразно использовать при монтаже теплого пола.

Мощность системы

Это основной фактор, учитывающийся системой онлайн калькулятор для расчета теплого водяного пола. Этот критерий может зависеть от самого здания, типа отопления (автономное или центральное), от размера комнаты и других факторов. Чтобы грамотно рассчитать мощность системы, нужно принимать в расчет только полезную площадь – метраж, на котором не будет мебели.

Важно! Такая система может играть роль основногоотопления, если система контуров будет установлена минимум на 70 процентах площади комнаты.

Заключение по теме

Как видите, провести расчет электрического или водяного теплого пола не так уж и сложно. Учитывая различные характеристики помещения, здания, климатических условий региона, мощности отопительной системы в целом, а также приняв решение, в какой категории будет вступать сам теплый пол, можно точно определить удельную мощность системы, монтажные (установочные) характеристики.

Похожие темы:

  • Как использовать ТЭНы для радиаторов отопления
  • Рекомендации по сооружению углового камина
  • Использование подъемных стеклянных ограждений для оранжерей и зимнего сада
  • Какие бывают схемы подключения радиаторов отопления
  • Устройство и принцип работы твердотопливного котла
  • Преимущества керамических дымоходов

Не забудьте оценить статью:

Поделиться: [addtoany]

Калькулятор расчета водяного теплого пола

Информация по назначению калькулятора

О нлайн калькулятор водяного теплого пола предназначен для расчета основных тепловых и гидравлических параметров системы, расчета диаметра и длины трубы. Калькулятор предоставляет возможность осуществить расчет теплого пола, реализованного «мокрым» способом с обустройством монолитного пола из цементно-песчаного раствора или бетона, а также с реализацией «сухим» методом, с использованием тепло-распределяющих пластин. Устройство системы ТП «сухим» методом предпочтительно для деревянных полов и перекрытий.

Т епловые потоки, направленные снизу-вверх, являются наиболее предпочтительными и комфортными для человеческого восприятия. Именно поэтому обогрев помещений теплыми полами становится наиболее популярным решением по сравнению с настенными источниками тепла. Нагревательные элементы такой системы не занимают дополнительного места в отличие от настенных радиаторов.

П равильно спроектированные и реализованные системы теплого пола являются современным и комфортным источником обогрева помещений. Использование современных и качественных материалов, а также правильных расчетов, позволяет создать эффективную и надежную систему отопления со сроком службы не менее 50 лет.

С истема теплого пола может выступать единственным источником обогрева помещения только в регионах с теплым климатом и с использованием энерго-эффективных материалов. При недостаточном тепловом потоке обязательно применение дополнительных источников тепла.

П олученные расчеты будут особенно полезны тем, кто планирует реализовать систему отопления теплого пола своими руками в частном доме.

Общие сведения по результатам расчетов

  • О бщий тепловой поток – Кол-во выделяемого тепла в помещение. Если тепловой поток меньше тепловых потерь помещения, необходимы дополнительные источники тепла, например, такие как настенные радиаторы.
  • Т епловой поток по направлению вверх – Кол-во выделяемого тепла в помещение с 1 квадратного метра площади по направлению вверх.
  • Т епловой поток по направлению вниз – Кол-во “теряемого” тепла и не участвующего в обогреве помещения. Для уменьшения данного параметра необходимо выбирать максимально эффективную теплоизоляцию под трубами ТП* (*теплого пола).
  • С уммарный удельный тепловой поток – Общее кол-во тепла, выделяемого системой ТП с 1 квадратного метра.
  • С уммарный тепловой поток на погонный метр – Общее кол-во тепла, выделяемого системой ТП с 1 погонного метра трубы.
  • С редняя температура теплоносителя – Средняя величина между расчетной температурой теплоносителя подающего трубопровода и расчетной температурой теплоносителя обратного трубопровода.
  • М аксимальная температура пола – Максимальная температура поверхности пола по оси нагревательного элемента.
  • М инимальная температура пола – Минимальная температура поверхности пола по оси между трубами ТП.
  • С редняя температура пола – Слишком высокое значение данного параметра может быть дискомфортно для человека (нормируется СП ). Для уменьшения данного параметра необходимо увеличить шаг труб, снизить температуру теплоносителя либо увеличить толщину слоев над трубами.
  • Д лина трубы – Общая длина трубы ТП с учетом длины подводящей магистрали. При высоком значении данного параметра калькулятор рассчитает оптимальное кол-во петель и их длину.
  • Т епловая нагрузка на трубу – Суммарное количество тепловой энергии, получаемое от источников тепловой энергии, равное сумме теплопотреблений приемников тепловой энергии и потерь в тепловых сетях в единицу времени.
  • Р асход теплоносителя – Массовое кол-во теплоносителя предназначенного для подачи необходимого кол-ва тепла в помещение в единицу времени.
  • С корость движения теплоносителя – Чем выше скорость движения теплоносителя, тем выше гидравлическое сопротивление трубопровода, а также уровень шума, создаваемого теплоносителем. Рекомендуемое значение от до 1м/с. Данный параметр можно уменьшить за счет увеличения внутреннего диаметра трубы.
  • Л инейные потери давления – Снижение напора по длине трубопровода, вызванного вязкостью жидкости и шероховатостью внутренних стенок трубы. Без учета местных потерь давления. Значение не должно превышать 20000Па. Можно уменьшить за счет увеличения внутреннего диаметра трубы.
  • О бщий объем теплоносителя – Общее кол-во жидкости для заполнения внутреннего объема труб системы ТП.

Калькулятор работает в тестовом режиме. Дата добавления калькулятора

Расчет теплых полов по площади

Если вы решили установить такую систему в своем доме, то учтите, что она требует точных цифр, для того чтобы действительно соответствовать названию. Это необходимо потому, что каждый контур пола имеет значительную протяженность, а, следовательно, и приличное гидравлическое сопротивление.

Чтобы она успешно функционировала, придется поставить на каждом этаже небольшой насос или один, но очень мощный на всю систему.

    Для его правильного выбора нужно учитывать:
  1. Количество теплоносителя.
  2. Требуемое давление.

Есть и другие возможности получить ответ на вопрос как правильно рассчитать водяной теплый пол. Вычисления выполняются с применением специальных программ. В этом случае гидравлические свойства подгоняются в зависимости от параметров под характеристики насоса. При использовании данного метода можно маневрировать различными параметрами системы.

    Для выполнения системы отопления на площади 10 квадратных оптимальным вариантом будет:
  1. использование 16 мм труб с длиной в 65 метров;
  2. показатели расхода используемого в системе насоса не могут быть меньше двух литров в минуту;
  3. контуры должны обладать равноценной длиной с разницей не более 20%;
  4. оптимальный показатель расстояния между трубами составляет 15 сантиметров.

Следует учитывать, что разница между температурой поверхности и теплоносителя может составлять порядка 15 °C. Оптимальный способ при укладке трубной системы представлен «улиткой».

Именно такой вариант монтажа способствует максимально равномерному распределению тепла по всей поверхности и позволяет минимизировать гидравлические потери, что обусловлено плавными поворотами.

При укладке труб в зоне наружных стен оптимальный шаг составляет десять сантиметров. Для выполнения качественного и грамотного крепления целесообразно проводить предварительную разметку.

Дополнительные работы

Для того чтобы пол работал с максимальной производительностью, необходимо обеспечить его тщательную теплоизоляцию, так как, при ее отсутствии, потери тепла могут составлять 15-20 % . Для создания теплоизоляционного слоя используют следующие материалы:

  • Минеральная вата.
  • Пенобетон.
  • Стекловата.
  • Техническая пробка.
  • Пенополистирол.

При наличии под основанием пола неотапливаемого помещения толщина слоя теплоизоляции должна составлять 20-25 см.

В последнее время распространение получили специальные маты для теплоизоляции, представляющие собой плиты, минимальная плотность которых составляет не менее 25 кг/м3. Благодаря их использованию тепло при обогреве распространяется в «правильном» направлении: снизу вверх. Самой популярной разновидностью изделий этого типа являются маты из пенополистирола, изготовленные методом гидропеллентной штамповки.

Их плюсы:

  • Высокая плотность (40 кг/м3).
  • Наличие верхней рельефной структуры, в которую удобно крепить трубы с диаметром 18 мм.
  • Простота монтажа за счет присутствия замкового соединения, как в ламинате.
  • Отличные теплоизоляционные и шумоизоляционные качества.

До начала монтажа также производится расчет стоимости теплого пола, позволяющий оценить величину финансовых затрат на весь комплекс работ по устройству отопительной системы водяного или электрического типа.

Таким образом, для того чтобы теплые полы выполняли свои функции в полной мере и работали эффективно и экономично, необходимо составить соответствующие проекты и сделать нужные расчеты.

Эту работу можно доверить квалифицированным специалистам, которые будут заниматься дальнейшим монтажом системы отопления или выполнить ее самостоятельно, произведя расчет теплого пола водяного, используя калькулятор онлайн.

В любом случае, грамотно сделанные расчеты позволят сэкономить немало средств, которые придется потратить на будущую эксплуатацию теплых полов, и значительно повысят их энергоотдачу.

Мы подобрали для Вас ещё восемь полезных статей, смотрите далее.

  • Как выбрать ламинат совместимый с системой «теплый пол»
  • Как сделать правильно теплый пол под линолеум на деревянную основу
  • Какой электрический теплый пол лучше использовать под плитку: основные виды и рекомендации
  • Надежность в прерогативе: какие лучше выбрать трубы для теплого пола
  • Качественный теплый пол на деревянную основу под ламинат
  • Инфракрасный теплый пол плюсы и минусы
  • Как выбрать и установить смесительный узел для теплого пола своими руками
  • Как подобрать маты для теплого водяного пола

Способы укладки трубы

Существует три основных способа укладки:

  • Змейка.
  • Улитка.
  • Универсальная.

Классическая укладка змейкой для теплого пола

Змейка обычно используется в небольших помещениях с низкими теплопотерями. Труба заводится в комнату, раскладывается в виде вытянутой синусоиды, а затем выходит вдоль стены к коллектору. Основной недостаток такой системы в том, что теплоноситель постепенно остывает, поэтому температура на входе и в конце комнаты может сильно отличаться. К примеру, при длине трубы в 70 метров разница может быть до 10 градусов.

Поэтому змейку используют только в маленьких комнатах. Сгиная трубу, помните, что нельзя допустить ее переламывания (обычный металлопластик выдерживает изгиб до 5 диаметров).

Обратите внимание: если вы укладываете змейку, то первым делом пускайте трубы к холодным зонам (вдоль стен, у окна). Выход можно организовать там, где практически никто не ходит.

Способ укладки улитка — более универсальный и экономный

Укладка улиткой более практична. Такой способ позволяет сэкономить до 15% трубы, а температурный перепад практически не чувствуется. Укладывать трубу улиткой несколько сложнее. Сначала ее прокладывают по периметру стен, а затем изгибают на 90 градусов и закручивают обратно. Получается, что теплые и холодные трубы чередуются друг за другом, поэтому поверхность равномерно прогревается.

Универсальная укладка подразумевает под собой объединение улитки и змейки в одном помещении.

Рекомендации по выбору толщины стяжки

В справочниках можно найти сведения о том, что минимальная толщина стяжки составляет 30 мм. Когда помещение довольно высокое, под стяжку подкладывают утеплитель, повышающий эффективность использования тепла, отдаваемого отопительным контуром. Самым популярным материалом для подложки является пенополистирол. У него сопротивление теплопередачи значительно ниже, чем у бетона.

При устройстве стяжки, чтобы уравновесить линейные расширения бетона, периметр помещения оформляют демпферной лентой. Важно правильно выбрать ее толщину. Специалисты советуют при площади помещения, не превышающей 100 м², устраивать 5 мм компенсирующий слой. Если значения площади больше за счет длины, превышающей 10 м, толщину высчитывают по формуле: b = 0,55 х L. Символ L— это длина комнаты в м.

Греющий кабель

По причине небольшой стоимости кабеля, укладываемого в стяжке, многие предпочитают применять его. Толщина бетона составляет около 5 см. С ее увеличением потери тепла увеличиваются. Чтобы сделать стяжку тоньше, применяют армирование или наливные полы.

Самый простой и дешевый кабель — резистивный. Он выпускается одножильным и двухжильным. Последний удобней применять, поскольку обратный конец не нужно заводить обратно на терморегулятор. При этом встречное протекание электрического тока в соседних жилах взаимно компенсирует помехи.

Мощность у кабеля небольшая, но ее можно увеличить до 200 Вт/м2 при плотной укладке витками на каждом квадратном метре.

Тепло по всей поверхности провода выделяется равномерно. Если в определенном месте сверху поставить мебель или постелить ковер, там может возникнуть перегрев из-за ухудшения теплообмена. Этого недостатка лишен саморегулирующийся кабель, у которого сопротивление зависит от температуры. Ток течет в поперечном направлении через электропроводный слой от одного проводника к другому, проходящему с ним параллельно.

Однако, прокладка теплого пола под бытовыми приборами или мебелью является нерациональным решением. Обогрев помещения зависит от того, какая мощность теплого пола в нем заложена. При наличии препятствий в отдаче тепла его может оказаться недостаточно.

Теплый пол обычно прокладывают в местах, где не предполагается установка мебели и бытовых приборов. В качестве основного обогрева он эффективен, если занимает не менее 70 % площади помещения. Когда комната сильно заставлена, целесообразно применять радиаторное отопление. Под дополнительный обогрев достаточно использовать не ниже 30 %. Применяют также комфортный режим, когда важно, чтобы пол не был холодным.

Возможные способы укладки контура

Для того чтобы определить расход трубы на обустройство теплого пола, следует определиться со схемой размещения водного контура. Основная задача планирования раскладки – обеспечение равномерного обогрева с учетом холодных и неотапливаемых зон помещения.

Возможны следующие варианты раскладки: змейкой, двойной змейкой и улиткой. При выборе схемы надо учитывать размеры, конфигурацию помещения и расположение наружных стен

Змейка

Теплоноситель подается к системе вдоль стены, проходит по змеевику и возвращается к распределительному коллектору. В этом случае половина помещения прогревается горячей водой, а остаток – охлажденной.

При укладке змейкой невозможно добиться равномерности обогрева – разница температур может достигать 10 °С. Метод применим в узких помещениях.

Схема угловой змейки оптимально подходит, если необходимо максимально утеплить холодную зону у торцевой стены или в прихожей

Двойная змейка позволяет достичь более мягкого перехода температур. Прямой и обратный контур идет параллельно друг другу.

Улитка или спираль

Это считается оптимальной схемой, обеспечивающей равномерность нагрева напольного покрытия. Прямые и обратные ветки укладываются попеременно.

Дополнительный плюс «ракушки» – монтаж нагревательного контура с плавным поворотом загиба. Этот способ актуален при работе с трубами недостаточной гибкости

У нас на сайте есть другая статья, в которой мы детально рассмотрели монтажные схемы укладки теплого пола и привели рекомендации по выбору оптимального варианта в зависимости от особенностей конкретного помещения.

Какой способ укладки стоит выбрать

В больших помещениях, которые имеют ровную квадратную или прямоугольную форму рекомендуется использовать способ укладки «улитка», таким образом, большое помещение всегда будет теплым и уютным.

Если помещение длинное или маленькое, то рекомендуется использовать «змейку».

Шаг укладки

Для того, чтобы ступни человека не ощущали разницу между участками пола, необходимо придерживаться определенной длинны между трубами, у края эта длинна должна быть примерно 10 см, далее – с разницей в 5 см., например, 15 см., 20 см, 25 см.

Расстояние между трубами не должно превышать 30 см., иначе ходить по такому полу будет просто неприятно.

Расчет теплого водяного пола

Статью опубликовал: Николай Стрелковский

Современная система тёплых водяных полов отождествляется с высоким уровнем уюта и комфорта. Такой пол эффективно обогревает помещение и не оказывает вредного воздействия на жизнь и здоровье жильцов. Подобные результаты могут быть достигнуты только при условии правильно выполненных расчётов и грамотно проведённых монтажных работах.

Расчет теплого пола водяного

Тёплый водяной пол может являться основным источником отопления жилого помещения или служить вспомогательным обогревательным элементом. Основные расчёты таких полов базируются на данных схемы работы: лёгкий подогрев поверхности для улучшения комфорта или обеспечение полноценным теплом всей площади помещения. Выполнение второго варианта предполагает более сложную конструкцию тёплого пола и надёжную систему регулировки.

График комфортных температурных условий

Расход трубы теплого пола на 1 м2 таблица и параметры расчета

Автор Монтажник На чтение 10 мин Просмотров 29.4к. Обновлено

Теплые полы с водяным подогревом устраивают для отопления помещений во многих индивидуальных домах, для их монтажа используют трубопровод из различных материалов, который помещают под стяжку или укладывают открытым методом. Перед проведением работ составляют план и делают расчет необходимых материалов, при этом одним из важных показателей является расход трубы теплого пола на 1 м2 таблица значений которого может оказаться полезной специалистам или заказчикам.

Если отсутствует предварительный план с инженерными расчетами, перед прокладкой теплых полов приходится решать множество задач, связанных с методами монтажа и определением вида, геометрических размеров и количеством материала трубопровода. Пользователь может сам рассчитать трубу для теплого пола на предварительном этапе, определив важные параметры путем несложных подсчетов или воспользовавшись онлайн-калькуляторами из интернета.

Рис. 1 Варианты покрытий водонагреваемых полов частных домов

Преимущества теплых полов перед радиаторным отоплением

Главные виды теплообменников для обогревания индивидуальных домов —  радиаторные батареи и водяной теплый пол, последние имеют следующие преимущества:

  • Энергоэффективность водонагревного пола значительно превышает батарейное отопление, то есть для обогрева помещений потребуется меньше тепловой энергии и соответственно расхода финансовых средств на топливо.
  • Благодаря тому, что трубопровод с тепловым носителем располагается под всей площадью напольного покрытия комнаты, он дает намного более равномерный обогрев помещений, чем точечно расположенные радиаторы около стен.
  • Спрятанный в полу трубопровод не нарушает эстетичный вид комнат в отличии от радиаторов, расположенных около стен. К тому же обогреваемый пол удобнее батарей, которые часто мешают эстетичной и практичной расстановке мебели и предметов интерьера в помещении.
  • Половой обогрев не отнимает полезную площадь в комнатах в отличие от радиаторных теплообменников.
  • Довольно часто в индивидуальных домах кладут на пол плитку, которая обладает высоким коэффициентом теплопроводности и воспринимается всегда холодной. Ее подогрев через пол повышает комфортность пользования помещением, препятствует образованию по углам и в швах плесени или грибка.
  • Комнату с нагреваемым полом без радиаторов намного проще убирать, из-за отсутствия грязи в местах выхода труб помещение чище с гигиенической точки зрения.
  • Из-за большой массы и объема стяжки, плит перекрытия, в которых помещен нагревательный трубопровод, теплый пол обладает значительно большей тепловой инерционностью в отличие от радиаторных теплообменников. Поэтому при аварийных отключениях электроэнергии и прекращении работы нагревательного котла, тепло в доме при половом обогреве будет удерживаться значительно дольше, чем с батареями.

Рис. 2 Укладка водонагреваемых полов на пенополистирольные подложки

Какие технические параметры определяют при укладке трубопровода

Перед укладкой напольного контура обычно проводят тепловой расчет, который учитывает оптимальную температуру в помещении, потери тепла в зависимости от материала стен (теплопроводности), температурные параметры теплового носителя в системе. Полученные данные помогают рассчитать количество труб для теплого пола, то есть определить их оптимальную длину и диаметр. Перед монтажом полового отопления специалисту и (или) домовладельцу следует определиться с рядом перечисленных ниже факторов.

Выбор материала трубопровода

Для укладки теплых полов оптимально подходит несколько видов металлических и полимерных труб, главные требования к материалам: коррозионная стойкость, хорошая теплопроводность, низкий коэффициент температурного расширения и длительный эксплуатационный срок. При выборе материала трубопровода на теплый пол рассматривают следующие разновидности:

Медь. Трубы из отожженной меди обладают наивысшей степенью теплопроводности и высокой коррозионной устойчивостью, их основным недостатком является высокая стоимость. Также медные трубы сложны в монтаже, при их прокладке для сгибания нужен трубогиб, соединение обычно производят при помощи газовой сварки.

Еще одним недостатком меди может служить форма выпуска — стандартной длины бухты в 50 м не всегда достаточно для устройства контура отопления без стыковых соединений под стяжкой.

Нержавейка. Гофрированный трубопровод из нержавейки обладает приемлемой стоимостью при высокой теплопроводности, неплохой коррозионной стойкостью и относительной простотой в укладке. Его основной недостаток — высокое гидравлическое сопротивление водному потоку, связанное с ребристой поверхностью внутренних стенок, а также не всегда приемлемое качество металла в дешевом товаре, приводящее со временем к коррозии стенок и протечкам.

Рис. 3 Трубопроводы из меди и нержавейки

Сшитый полиэтилен РЕХ. Трубы из сшитого полиэтилена (ПЭ) являются основными конкурентами металлических, они имеют более низкую стоимость и наивысшую степень коррозионной стойкости из-за химической нейтральности полимеров.

Основные недостатки трубопровода из сшитого полиэтилена — высокий коэффициент теплового расширения, кислородопроницаемость и низкая теплопроводность ликвидируется одним выстрелом. После дополнения РЕХ-трубы оболочкой из алюминия (металлопластик) резко падает степень линейного расширения материала от тепла и кислородная проницаемость, улучшается теплопередача трубопроводной линии.

РЕХ-трубы без алюминиевой оболочки просты в укладывании, для их подсоединения к распределительным коллекторным гребенкам можно использовать компрессионные евро-фитинги, которые легко фиксируются разводным ключом без применения специнструмента (паяльников, пресс-клещей).

Сшитые полиэтиленовые РЕХ-трубы реализуют в бухтах длиной до 200 м, так что их метража всегда будет достаточно для устройства контуров отопления любой протяженности.

Термостойкий полиэтилен PERT. Термомодифицированный материал по физическим свойствам пластичности и гибкости напоминает обычный полиэтилен, имеет недостатки, присущие сшитому аналогу РЕХ. Более высокими характеристиками обладает улучшенные PERT-трубы с внутренней алюминиевой оболочкой. Трубопровод из термостойкого ПЭ также монтируют на компрессионные муфты (с алюминиевым слоем на пресс-муфты), его длина в бухтах доходит до 200 м.

Рис. 4 ПЭ-трубы – металлопластик и PERT

Температура пола в помещениях

Поверхность водонагревного пола не должна быть слишком холодной, при низкой температуре сложно получить достаточный обогрев помещения, а находиться и перемещаться по такому покрытию станет некомфортно. Противоположная ситуация приведет к перегреву комнат и также к неудобствам при пользовании полом. Общепринятым считается следующие температурные показатели напольного покрытия:

  • для жилых помещений 29 — 32 °С;
  • для ванных комнат, санитарных узлов и бассейнов 32 – 35 °С;
  • для мастерских или рабочих кабинетов с активной физической деятельностью 26 — 28 °С;
  • в коридорах, нежилых помещениях, лестничных площадках, тренажерных залах 18 — 22 °С.

Температура теплоносителя

Температурные характеристики теплоносителя также оказывают существенное влияние на расчет трубы для теплого пола, то есть чем она выше, тем меньшая длина трубопровода понадобится для обогревания помещений.

В отличие от радиаторных батарей, на полы подается теплоноситель в значительно меньшем температурном диапазоне от 40 до 55 °С. Установлено, что оптимальной температурной разницей между подачей и обраткой считается показатель в 10 °С — именно его придерживаются при настройке и регулировке отопительной системы.

Рис. 5 Схемы обогревания индивидуального дома

Диаметр трубопровода

Для укладки теплых полов в основном используют полимерные трубопроводы наружными диаметрами 16 или 20 мм с различной толщиной стенки.

При реализации первого варианта трубопровод легче укладывать, для перекрытия контура понадобится слой стяжки толщиной меньше на 4 мм. Основным недостатком 16 мм линии по сравнению с 20 мм является ее более высокое гидравлическое сопротивление, что приводит к снижению КПД системы. Поэтому рекомендуется укладывать 16 мм трубопровод на объектах небольшой площади, а 20 мм изделия использовать в просторных помещениях с контурами отопления большой длины.

Максимальная длина контуров отопления

Чем больше длина трубопровода и меньше его диаметр, тем более сильное гидравлическое сопротивления испытывает проходящей по контуру теплоноситель и соответственно требуется большая мощность циркуляционного насоса для его проталкивания.

Промышленность выпускает в основном циркулярные электронасосы со стандартизированными параметрами мощности, рассчитанные на определенные нагрузки, то есть если гидравлическое сопротивление в линии станет слишком большим, насос не сможет протолкнуть рабочую среду для ее нормального прохождения по контуру.

Исходя из практических результатов, установлена максимальная длина трубопроводов подогреваемых полов: для 16 мм изделий она не должна превышать 100 м, для 20 мм — 120 м.

Чтобы избежать возможных перегрузок, для работы системы в нормальном режиме обычно не

укладывают 16 мм трубопровод длиной более 80 м, а 20 мм — свыше 100 м.

Рис. 6 Схемы укладки

Тип укладки

Существует две основные формы укладки половых контуров — зигзаг (змейка) и улитка (спираль). Если присмотреться к первому варианту, то очевиден его основной недостаток — разная температура теплоносителя в начальной и более удаленной от распределительной гребенки точки. К тому же при укладке змейкой трубу придется изгибать на 180 градусов, что бывает неприемлемо при использовании жестких материалов (потребует применения трубогиба), а также приведет к повышению гидравлических потерь.

При раскладке улиткой получают абсолютно равномерный прогрев пола, связанный с тем, что ветви подачи и обратки проходит рядом и их суммарная температура всегда равна. То есть в начальной точке контура при наиболее горячей подаче рядом с ней располагается трубопровод с самой холодной обраткой, и такая ситуация наблюдается по всей площади помещения. Еще одно весомое преимущество улитки — ее намного проще укладывать пол, чем зигзаг.

Исходя их вышеперечисленных особенностей, схему укладки зигзагом используют в узких помещениях малой площади и при коротком контуре отопления, а улиткой прокладывают трубопровод в основных помещениях большей площади.

Следует отметить, что недостаток укладки обычным зигзагом устранен в схеме с двойной змейкой, где обратка проходит рядом с трубопроводом подачи.

Рис. 7 Зависимость теплового потока от шага укладки, температуры теплоносителя и диаметра труб

Расстояние между трубами теплого пола (шаг укладки)

Общепринятым шагом укладки считается диапазон от 100 до 300 мм включительно, а стандартным размером его изменений является длина 50 мм. Такие расстояния определены экспериментальным путем, то есть при более близком расположении труб разница температур подачи и обратки будет слишком мала и эффективность работы отопительной системы упадет. При большем удалении сложно получить необходимую для достижения комфортного температурного режима теплоотдачу, а сама поверхность пола станет нагреваться неравномерно с ощутимыми полосками тепла. Шаг укладки влияет на расчет длины трубы для теплого пола, понятно, чем он меньше, тем длиннее трубопровод необходим для монтажа.

Также при укладке учитывают более низкие температуры стяжки около стен и оконных проемов, выходящих на улицу. Поэтому многие специалисты в районе краевых зон (1 метр от наружных стен) рекомендуют уменьшать шаг укладки на 50 мм от основного расстояния для обеспечения равномерности обогрева полового покрытия.

Также для снижения тепловых потерь трубопровод рекомендуется укладывать на расстоянии не менее 150 мм от стен, выходящих на улицу.

Общепринятым считается шар укладки в больших жилых помещениях 200 мм, малых комнатах типа небольших кухонь, ванных и санитарных узлов — 150 мм.

Рис. 8 Теплопередача полов, залитых цементно–песчаной стяжкой, под разными покрытиями

Статья по теме:

Подключение теплого пола к системе отопления – варианты, схемы, узлы системы. Если читаете про расход трубы теплого пола на 1 м2 таблица, то, возможно, будет также интересно узнать про варианты подключения труб теплого пола к системе отопления, то можете почитать об это м в отдельной статье на нашем сайте.

Расход трубы теплого пола на 1 м

2 таблица

Перед тем, как рассчитать длину трубы для теплого пола, определяют следующие показатели:

  • общую площадь помещений в квадратных метрах под обогрев;
  • и сколько метров трубы надо на 1 квадратный метр теплого пола.

Затем умножают найденную длину трубы на 1 м2 на общий квадратаж и получают искомый результат.

Определить, сколько трубы пойдет на квадратный метр теплого пола, можно без всяких формул, призвав на помощь логику. К примеру, если трубопровод укладывается с шагом 200 мм, то на участке площадью 1 м2 можно уложить 5 отрезков длиной 1 м, то есть получим искомый результат 5 м.

По аналогии на 1 м2 площади при шаге 300 мм уйдет 3 отрезка по 1 м и дополнительно 1/3 длины, то есть 3,3 м.

Если при подсчетах мы учитывали, к примеру, поперечные участки, то не следует забывать и о продольных, то есть к полученным значениям в конце придется прибавить общую длину двух стен комнат или сразу отобразить это в таблице, увеличив подсчитанный ручным методом показатель.

Рис. 9 Таблица расхода трубы на 1 м2 водонагревного пола

Чтобы определить общую длину трубопровода водяного теплого пола, сначала рассчитывают его расход на 1 квадратный метр, а затем умножают полученный результат на общую площадь помещения. Обычно длина трубопровода для обогреваемых полов не должна превышать 100 м, если это происходит, укладывают два и более контуров отопления.

Водяной теплый пол — монтаж, схемы и техническое описание

 

     Еще за 80 лет до н.э. римляне обнаружили, что лучшим способом обогрева закрытого помещения является подача тепла внутри пола с последующим излучением вверх. Постепенно системы обогрева пола становились более совершенными. В 30-х годах XX века эти системы сооружались уже с использованием стальных трубопроводов.

   При использовании системы «теплый пол» комфортный климат в помещении может быть обеспечен при температуре воздуха на 1-2 градуса ниже, чем при использовании системы радиаторного отопления.  А снижение температуры только на один градус в помещении дает экономию около 6%. При оснащении современных зданий высокоэффективной теплоизоляцией идеальный климат в помещении возможен при температуре теплоносителя для теплого пола 30-40 °С.

     Напольное отопление  как современная система обогрева помещения стала сегодня  частью современной архитектуры. Таким классическим путем можно внедрять в повседневную жизнь все инновационные технологии.

    Водяной теплый пол  не только открывает новый уровень техники, но и благодаря «невидимому» теплоносителю позволяет при обустройстве помещения применить новые архитектурные решения.


   Теплый пол заливной конструкции  Упонор (Uponor) при наличии соответствующей техники летом может быть использован в качестве панельного охлаждения. В этом случае вместо горячего теплоносителя в холодное время года летом по трубам Упонор может циркулировать холодная вода.

 Напольное отопление – идеальные условия в помещении

     Правильное распределение тепла в помещении положительно влияет на здоровье человека.

     Исследования показывают, что идеальное распределение температуры по вертикали различно для различных систем отопления. Наиболее приемлемым климатом в помещении является такой, при котором температура пола находится в диапазоне 22-25°С, а температура на уровне головы находится в пределах 19-20°С.

    Другими словами, наиболее комфортно люди чувствуют себя тогда, когда ногам немного теплее, чем  голове.  Система водяного теплого пола и представляет собой тот вид отопления, который создает наиболее близкое к идеальному распределение температуры в помещении.   

   

Рекомендуемые максимальные температуры поверхности пола (согласно СНиП 41-01-2003):

26° С — для помещений с постоянным пребыванием людей

31° С — для ванн и плавательных бассейнов

35° С — для помещений,  которые редко используются

 

Конструкция  напольного отопления

    Система «теплый пол» Упонор (Uponor) представляет собой комплексную систему с широким ассортиментом комплектующих. Полный комплект включает в себя:

— трубу, подходящую для монтажа теплого пола,

— комплектующие конструкции пола,

— коллекторы для теплого пола,

— систему управления.

 

Конструкция теплого пола заливной конструкции  Упонор (Uponor) Tacker

  1-     напольное покрытие

2-     цементная стяжка

3-     полоса демпферная Упонор Multi 150х10 мм (арт. 1000080) 

4-     труба многослойная для теплого пола  Упонор Uni Pipe PLUS 16×2,0 или из сшитого полиэтилена Упонор Comfort Pipe Plus 16х2,0 

5-     планка крепежная Упонор Fix (арт. 1013127)  

6-     рулон изоляционный Упонор Tacker (арт. 1063292) 

7-     несущая конструкция пола



       При укладке на теплоизоляцию мультипленки Упонор Multi (арт. 1000017) происходит дополнительное отражение теплового потока между трубами, выравнивается распределение тепла по поверхности, т.е. температура пола становится равномерной.
   

   Схема  укладки водяного теплого пола

      Обязательным условием для монтажа является наличие рабочего проекта. Так как применяемые трубы Упонор имеют маркировку погонных метров, то было бы предпочтительно иметь в проекте данные по требуемой длине трубы для каждого контура. Еще до начала монтажа необходимо провести исполнительную съемку объекта с указанием привязок строительных конструкций (колонн, пилястр и т.п.).          

 

План компенсационных швов

     Для монтажа водяного теплого пола также необходим план расположения компенсационных швов. Этот план должен являться составной частью рабочего проекта. Расположение компенсационных швов необходимо согласовать со строительной частью рабочего проекта  и технической картой производства работ.

 

Компенсатор бесшовного пола

В качестве строительных компенсаторов выступают изоляционная полоса и компенсаторы в бесшовном полу. Для того, чтобы исключить повреждения заливного пола и напольного покрытия, в которых возникают температурные расширения от отопительных контуров, весь пол должен быть разделен компенсаторами на поля или панели, площадь каждого из которых не должна превышать 40 м2 (30 м2 согласно СП 41-102-98). При этом рекомендуется, чтобы ни одна сторона отопительной панели площадью до 40 м2 не превышала 8 м. Отопительная панель может иметь L-, T- и Z-образную форму с возможностью разделения на прямоугольные или квадратные участки.

Соотношение сторон панели не должно превышать 1:2. При размещении деформационных швов нужно идти от вкрапленных углов, т.е. от мест, в которых происходит расширение или сужение отопительной панели. Этот деформационный шов разделяет бесшовный пол до изолирующего слоя и в программе Упонор представлен в виде комплекта с демпферной полосой толщиной 10 мм (арт. 1064355).     Деформационные швы сверху должны заделываться соответствующим уплотнением.


 Расположение деформационных швов

    Отопительные контура размещаются таким образом, чтобы деформационные и краевые швы пересекались с трубопроводами напольного отопления только в месте подключения и в одной плоскости. В местах пересечения с деформационным швом отопительные трубы закрываются защитной гофрированной трубой Упонор Teck (для трубы 16х2,0 мм арт. 1012860). Выход защитной трубы с каждой стороны шва должен быть не менее 50 см (согласно СП 41-102-98).

Форма укладки теплого пола

     Укладка отопительных труб Упонор может осуществляться в любой удобной форме. Компенсация восстанавливающих сил облегчается укладкой трубы в зажимную планку, при этом в местах изгиба требуется значительно меньше точек крепления. При применении многослойных труб Упонор Uni Pipe PLUS благодаря малому температурному удлинению не возникает проблем, связанных с механическим воздействием температурной нагрузки при длительной эксплуатации.

     Монтажник может выбрать ту форму укладки, которая, по его мнению, наилучшим образом ему подходит или которая соответствует необходимым требованиям.

         

    Спиральная укладка

Спиралевидная форма укладки с поворотной петлей в центре отопительного контура. Благодаря сбалансированному положению прямого и обратного потоков происходит равномерное распределение температуры по поверхности пола.   
  Спиральная укладка с краевой зоной

Благодаря меньшему шагу укладки в краевой зоне вдоль стены достигается наибольшая температура поверхности пола и, соответственно в этой зоне повышается теплоотдача.
     Прямоугольная укладка

При змеевидной форме укладки отопительный контур, как правило, начинается от наружной стены. Поэтому в этой зоне достигается наибольшая температура поверхности пола и, соответственно, наибольшая теплоотдача. По мере удаления к центру комнаты теплоноситель остывает, и вместе с этим уменьшается температура поверхности пола.

     
Прямоугольная укладка с краевой зоной

Благодаря меньшему шагу укладки в краевой зоне вдоль стены достигается наибольшая температура поверхности пола и, соответственно в этой зоне повышается теплоотдача.

       Примечание!

Ширина краевой зоны с повышенной температурой поверхности пола до 35°С не должна превышать 1 м.

 

Бесшовный теплый пол

     Под бесшовным полом для напольного отопления понимается специальный пол с соответствующей цементной добавкой. В цементных бесшовных полах для жилых домов (нагрузка до 1,5 кН/м2) высота пола над трубой должна составлять 45 мм. Для изготовления бесшовного пола цементная добавка Упонор Multi (арт. 1000084) требуется в кол-ве 0,16 л на 1 м2  теплого пола.


Водяной теплый пол в Оренбурге

Компания Формула Тепла предлагает сделать Ваш дом еще более комфортным и установить водяные теплые полы. Экономичность расхода газа, отсутствие сквозняков, комфорт для ног и детей, которые любят играть на полу — все это позволяет считать теплый пол системой отопления близкой к идеальной.

Комфорт

Первое, что Вы заметите, установив теплый пол,- это повышенный комфорт. Пол становится тёплым и по нему приятно ходить. Причиной повышения комфорта является то, что теплоотдача происходит с обширной поверхности с относительно низкой температурой.

Благодаря обширной теплоотдающей поверхности возрастает количество излучаемого тепла по сравнению с теплом, распространяемым потоками воздуха. Излучение, в отличие от конвекции (движения воздуха), немедленно распространяет тепло к окружающим поверхностям, обеспечивая, таким образом, более равномерное горизонтальное и вертикальное распределение тепла в помещении.

При обычных настенных радиаторах теплоотдача, в основном, происходит за счет движения воздуха. Тёплый воздух поднимается вверх и собирается у потолка, где он, собственно говоря, не нужен, в то время как холодный воздух остаётся у поверхности пола.

Поскольку люди чувствуют себя наиболее комфортно при прохладном воздухе на уровне головы и тёплом — у ног, напольное отопление предоставляет нам идеальное распределение тепла.

Часто система напольного отопления предотвращает холодные сквозняки от окон, быстро нагревая воздух у поверхности пола. Помимо этого, в воздухе циркулирует меньше пыли, поскольку практически отсутствуют зоны перегрева, возникающие при использовании радиаторов.

Сбережение энергии

Равномерное распределения тепла, помимо комфорта, позволяет использовать более низкие температуры теплоносителя. Температура в комнате может быть снижена на 2 градуса С по сравнению с традиционными радиаторами, без изменения в ощущении тепла человеком. Снижения температуры на 2°С обеспечивает около 12% сбережения потребляемой энергии для пользователя. температура тепло носителя в водяных теплых полах составляет 30 — 50°С в зависимости от применяемых покрытий пола, типа укладки трубы, тепло потерь помещения и требуемой тепловой нагрузки.

Таким образом, являясь низкотемпературной обогревательной системой отопления (для радиаторов необходима температура теплоносителя 75 — 95°С, а для полов 4-50°С), водяной теплый пол позволяет дополнительно сэкономить ресурсы на производство тепловой энергии и позволяет эффективно задействовать альтернативные источники энергоснабжения (например, тепловые насосы и солнечные коллекторы, которые лучше всего работают с низкотемпературными системами)
Поскольку водяной теплый пол является системой, работающей на крайне низких температурах — уменьшаются также потери в подающем трубопроводе между теплоисточником и обогреваемой комнатой.

Дополнительные преимущества

  • Эстетика и дизайн — отсутствие стояков и радиаторов.
  • Дополнительная тепло- звукоизоляция обеспечивается утеплителем под стяжкой теплого пола.
  • Отсутствие труб системы центрального отопления и радиаторов высвобождает часть площади, а также позволяет свободно комбинировать пространство, использовать оригинальные архитектурные и дизайнерские решения, устанавливать мебель в соответствии с пожеланиями и вкусами владельцев.

Исполнение
Водяной теплый пол допускает применение любого вида чистового покрытия, даже паркета.
Суть водяного теплого пола сводится к монтажу между полом и напольным покрытием сети мини трубопроводов (контуров теплого пола), по которым циркулирует теплоноситель – нагретая вода (порядка +35-45°С). Поэтому водяной теплый пол называют еще «низкотемпературной системой отопления». Благодаря этому поверхность пола нагревается и отдает свое тепло окружающему воздуху и предметам.

В общей сложности, теплоотдача, приходящаяся на каждый градус разницы между средней температурой поверхности пола и температурой в комнате, равна 11,5Вт/м2.

Это означает, что для поддержания температуры в помещении 20°C при отопительной нагрузке 50 Вт/м2 температура поверхности пола должна быть на 4,5°C выше температуры в комнате.

Кроме того, система водяного теплого пола обеспечивает равномерный обогрев всей площади помещения: без «горячих» и «холодных» (как у радиаторов) мест, без горизонтального перемещения воздуха и т.п. Система водяного теплого пола позволяет в индивидуальном порядке задавать и поддерживать микроклимат в комнате и гибко реагировать на погодные и иные изменения.

 

Водяной теплый пол «Под ключ» . Статьи компании «Центр теплых полов»

Устройство Водяного теплого пола «под ключ». От заявки до запуска. Звони! Консультация и расчет бесплатно!

 

 

Расчет системы Водяного теплого пола по гидравлическим и теплотехническим параметрам дело не простое. Мы поберем надежное оборудование индивидуально под Ваш объект и разработаем схему укладки труб согласно «Общестроительным нормам». 

 

 

Для того что бы водяной теплый пол прогревал все помещения равномерно, без дополнительных батарей, и не доставлял дискомфорта перегретым напольным покрытием, необходимо уже на этапа проектирования и расчета обратиться к профессионалам! 

 

 

ПОМНИТЕ! Переделка водяного теплого пола — это вскрытие стяжки и удаление напольного покрытия! 

 

 

  

 

 

Теплорасчет и схема укладки! 

 

Каждое помещение Вашего дома имеет индивидуальные тепловые характеристики, соответственно разную необходимость в тепле, даже если у помещений одинаковая площадь и смежные перегородки. 

Для того, что бы теплый пол работал эффективно нам нужно соблюсти одно простое условие:

 

 

«Теплопотери комнаты = теплоотдача теплого пола»

 

Рассмотрим насколько это просто?

 

Теплопотери каждой комнаты зависят ОТ:

  1. Расположения относительно стороны света (Северная, Южная, Западная, Восточная стороны дома)
  2. Площадь наружных стен, м2
  3. Площадь окон, м2
  4. Этаж (цокольный, первый, второй или чердачный этаж)
  5. Материал и толщина устройства стен, мм.
  6. Наличие утепления стен. пола, потолка. Толщина утепления, мм.
  7. Критически низкая температура в регионе за весь зимний период, согласно СНиП.

 

Теплоотдача Водяного теплого пола зависит ОТ:

  1. Материал трубопровода.
  2. Шага укладки трубопровода (расстояние между труб), мм.
  3. Наличие и толщина утеплителя под трубой, мм.
  4. Диаметр трубопровода, мм.
  5. Температура подаваемая в трубопровод.
  6. Длинна одной петли трубопровода, м.
  7. Общее количество петель трубопровода
  8. Толщина стяжки над трубой, мм
  9. Толщина стяжки под трубой, мм
  10. Состав стяжки (теплопроводность раствора по справочнику СНиП) 
  11. Напольное покрытие (керамогранит, ПВХ, ламинат, линолеум, паркет, и тп. каждое покрытие имеет свою толщину и теплотехнические свойства)
  12. Желаемая температура воздуха в помещении

 

 

 

 

 

Будет ли это считать простой РАЗНОРАБОЧИЙ, ОТДЕЛОЧНИК или САНТЕХНИК?

 

 

 

Выбирая НЕквалифицированный подряд Вы точно получите что-либо из списка:

  • перегрев отдельных участков пола
  • недогрев помещений со значительным остеклением, а также угловых.
  • запотевающие окна
  • перерасход по материалам
  • перерасход по ежемесячным платежам за энергоносители (газ,электроэнергия, дрова и тп.)
  • возможно испорченное напольное покрытие 
  • потраченные нервы
  • дорогие переделки или отказ от теплого пола совсем…

 

Мы убережем Вас от всего этого, если Вы обратитесь к нам. 

 

Наша гарантия это десятки тысяч квадратных метров теплых полов более чем в 100 объектов Нижегородской области за последние 5 лет

 

Просто НАЖМИ

 

Или ПОЗВОНИ

8 (831) 423-98-53 (Юлия, Виталий)

8 930-70-888-00 (Виталий)

 

и получи расчет и консультацию БЕСПЛАТНО!

 

 

 

Уже есть предложение? Напишите нам и мы предложим ВЫГОДНЕЕ!

 

Теплоотдача водяного теплого пола 1м2


Cover_print_c корешком

%PDF-1.7 % 69 0 obj > stream Adobe Illustrator CC 2017 (Windows)2020-01-13T13:37:35+03:002020-01-13T13:37:34+04:002020-01-13T13:37:35+03:00application/pdf

  • Cover_print_c корешком
  • fetisoveg
  • Adobe PDF library 15.00xmp.did:c85e3e20-9128-eb41-9a5b-fc9866ed43ccuuid:e412d3df-b55d-4206-abbb-e1040e53d2dfuuid:1ceb498f-0e69-4e86-802a-6a03f1ffda7fproof:pdfuuid:35ab0aa7-5b40-42b8-857f-082e90d6ebcexmp.did:27a2b14a-0012-e04f-81ca-232733446a3euuid:1ceb498f-0e69-4e86-802a-6a03f1ffda7fproof:pdf
  • savedxmp.iid:e594d6f5-21a2-9e46-88f1-4eae9e6a31e02019-01-22T16:00:35+03:00Adobe Illustrator CC 22.1 (Windows)/
  • savedxmp.iid:c85e3e20-9128-eb41-9a5b-fc9866ed43cc2020-01-13T13:37:20+03:00Adobe Illustrator CC 2017 (Windows)/
  • 1FalseTrue922.062988661.276001Points
  • Cyan
  • Magenta
  • Yellow
  • Black
  • Группа образцов по умолчанию0
  • 21.0.0 endstream endobj 68 0 obj > endobj 70 0 obj > endobj 73 0 obj > stream HyTSwoɞc [5laQIBHADED2mtFOE.c}08׎8GNg9w߽

    Общий коэффициент теплопередачи для жидкостей

    Общий коэффициент теплопередачи используется для расчета общей теплопередачи через стену или конструкцию теплообменника. Общий коэффициент теплопередачи зависит от жидкостей и их свойств с обеих сторон стены, свойств стены и поверхности передачи.

    Для практически неподвижных жидкостей — средние значения общего коэффициента теплопередачи через различные комбинации жидкостей с обеих сторон стены и типа стены — указаны в таблице ниже:

    Жидкость Материал на поверхности передачи Жидкость Общий коэффициент теплопередачи
    — U —
    (БТЕ / (футы 2 часов o F)) (Вт / (м 2 K))
    Вода Чугун Воздух или газ 1.4 7,9
    Вода Мягкая сталь Воздух или газ 2,0 11,3
    Вода Медь Воздух или газ 2,3 13,1
    Вода Чугун Вода 40-50 230-280
    Вода Мягкая сталь Вода 60-70 340-400
    Вода Медь Вода 60-80 340-455
    Воздух Чугун Воздух 1.0 5,7
    Воздух Мягкая сталь Воздух 1,4 7,9
    Пар Чугун Воздух 2,0 11,3
    Пар Мягкая сталь Воздух 2,5 14,2
    Пар Медь Воздух 3,0 17
    Пар Чугун Вода 160 910
    Пар Мягкая сталь Вода 185 1050
    Пар Медь Вода 205 1160
    Пар Нержавеющая сталь Вода 120 680

    Обратите внимание, что эти коэффициенты верны. у грубый.Они зависят от скорости жидкости, вязкости, состояния поверхностей нагрева, величины перепада температур и т. Д. Для точных расчетов — всегда проверяйте производственные данные.

    Пример — теплообменник вода-воздух из меди

    Приблизительная оценка удельной теплопередачи в медном теплообменнике с водой (средняя температура 80 o ° C ) с одной стороны и воздухом (средняя температура 20 o C ) с другой стороны — где общий коэффициент теплопередачи U равен 13.1 Вт / (м 2 K) — можно рассчитать как

    q = (13,1 Вт / (м 2 K)) ((80 o C) — (20 o C))

    = 786 Вт / м 2

    ≈ 750-800 Вт / м 2

    .

    Общий коэффициент теплопередачи

    Теплопередача через поверхность, например стену, может быть рассчитана как

    q = UA dT (1)

    , где

    q = теплопередача (Вт (Дж / с), БТЕ / ч)

    U = общий коэффициент теплопередачи (Вт / (м 2 K), БТЕ / (фут 2 ч o F) )

    A = площадь стены (м 2 , фут 2 )

    dT = (t 1 — t 2 )

    = разница температур по стене ( o C, o F)

    Общий коэффициент теплопередачи для многослойной стены, трубы или теплообменника — с потоком жидкости с каждой стороны стены — можно рассчитать как

    1 / UA = 1 / ч ci A i + Σ (s 9004 5 n / k n A n ) + 1 / h co A o (2)

    где

    U = общий коэффициент теплопередачи (Вт / (м 2 K), БТЕ / (фут 2 ч o F) )

    k n = теплопроводность материала в слое n (Вт / (м · K), БТЕ / (час · фут · ° F) )

    h ci, o = внутренняя или внешняя стенка индивидуальная жидкость конвекция коэффициент теплопередачи (Вт / (м 2 K), Btu / (фут 2 h o F) )

    s n = толщина слоя n ( м, футы)

    9 0002 Плоская стена с равной площадью во всех слоях — можно упростить до

    1 / U = 1 / h ci + Σ (s n / k n ) + 1 / h co (3)

    Теплопроводность — k — для некоторых типичных материалов (проводимость не зависит от температуры)

    • Полипропилен PP: 0.1 — 0,22 Вт / (м · К)
    • Нержавеющая сталь: 16 — 24 Вт / (м · К)
    • Алюминий: 205 — 250 Вт / (м · К)
    Преобразовать между Метрические и британские единицы
    • 1 Вт / (м · К) = 0,5779 БТЕ / (фут · ч o F)
    • 1 Вт / (м 2 K) = 0,85984 ккал / (hm 2 o C) = 0,1761 Btu / (ft 2 h o F)

    Коэффициент конвективной теплопередачи — h — зависит от

    • тип жидкости — газ или жидкость
    • свойства потока, такие как скорость
    • другие свойства, зависящие от потока и температуры

    Коэффициент конвективной теплопередачи для некоторых распространенных жидкостей:

    • Воздух — от 10 до 100 Вт / м 2 K
    • Вода — 500 до 10 000 Вт / м 2 K
    Многослойные стены — Калькулятор теплопередачи

    Этот калькулятор можно использовать для расчета общего коэффициента теплопередачи и теплопередачи через многослойную стену.Калькулятор является универсальным и может использоваться для метрических или британских единиц при условии, что единицы используются последовательно.

    A — площадь (м 2 , футы 2 )

    t 1 — температура 1 ( o C, o F)

    t 2 — температура 2 ( o C, o F)

    h ci — коэффициент конвективной теплоотдачи внутри стенки (Вт / (м 2 K), БТЕ / ( футов 2 ч o F) )

    с 1 — толщина 1 (м, фут) k 1 — теплопроводность 1 (Вт / (м K) , БТЕ / (ч · фут · ° F) )

    с 2 — толщина 2 (м, фут) k 2 — теплопроводность 2 (Вт / (м · К), Британские тепловые единицы / (час фут ° F) )

    с 3 — толщина 3 (м, фут) k 3 — теплопроводность 3 (Вт / (м · K), БТЕ / (ч · фут · ° F) )

    h co — коэффициент конвективной теплопередачи снаружи стены ( Вт / (м 2 K), БТЕ / (фут 2 h o F) )

    Тепловое сопротивление теплопередачи

    Сопротивление теплопередачи банка быть выражено как

    R = 1 / U (4)

    где

    R = сопротивление теплопередаче (м 2 K / W, ft 2 h ° F / BTU)

    Стена разделена на участки термического сопротивления, где

    • теплопередача между жидкостью и стеной — это одно сопротивление
    • сама стена является одним сопротивлением
    • передача между стеной и t Вторая жидкость — это тепловое сопротивление.

    Поверхностные покрытия или слои «обожженного» продукта добавляют дополнительное тепловое сопротивление стенкам, снижая общий коэффициент теплопередачи.

    Некоторые типичные сопротивления теплопередаче
    • статический слой воздуха, 40 мм (1,57 дюйма) : R = 0,18 м 2 K / Вт
    • внутреннее сопротивление теплопередаче, горизонтальный ток: R = 0,13 м 2 K / W
    • внешнее сопротивление теплопередаче, горизонтальный ток: R = 0,04 м 2 K / W
    • внутреннее сопротивление теплопередаче, тепловой ток снизу вверх: R = 0,10 м 2 K / W
    • внешнее сопротивление теплопередаче, тепловой ток сверху вниз: R = 0.17 м 2 K / W
    Пример — теплопередача в теплообменнике воздух-воздух

    Пластинчатый теплообменник воздух-воздух площадью 2 м 2 и толщиной стенки 0,1 мм может быть изготовлен в полипропилен PP, алюминий или нержавеющая сталь.

    Коэффициент конвекции тепла для воздуха составляет 50 Вт / м 2 K . Температура внутри теплообменника 100 o C , а наружная температура 20 o C .

    Общий коэффициент теплопередачи U на единицу площади можно рассчитать, изменив (3) на

    U = 1 / (1 / h ci + s / k + 1 / h co ) (3b)

    Общий коэффициент теплопередачи для теплообменника из полипропилена

    • с теплопроводностью 0,1 Вт / мК составляет

    U PP = 1 / (1 / ( 50 Вт / м 2 K ) + ( 0.1 мм ) (10 -3 м / мм) / ( 0,1 Вт / мK ) + 1/ ( 50 Вт / м 2 K ) )

    = 24,4 Вт / м 2 K

    Теплопередача

    q = ( 24,4 Вт / м 2 K ) ( 2 м 2 ) (( 100 o C ) — (2 0 o C ))

    = 3904 W

    = 3.9 кВт

    • нержавеющая сталь с теплопроводностью 16 Вт / м · К :

    U SS = 1 / (1 / ( 50 Вт / м 2 K ) + ( 0,1 мм ) (10 -3 м / мм) / ( 16 Вт / мK ) + 1/ ( 50 Вт / м 2 K ) )

    = 25 Вт / м 2 K

    Теплопередача

    q = ( 25 Вт / м 2 K ) ( 2 м 2 ) (( 100 o C ) — (2 0 o C ))

    = 4000 Вт

    = 4 кВт

    • алюминий с теплопроводностью 205 Вт / мK :

    U Al = 1 / (1 / ( 50 Вт / м 2 K 90 077) + ( 0.1 мм ) (10 -3 м / мм) / (205 Вт / мK ) + 1/ ( 50 Вт / м 2 K ) )

    = 25 Вт / м 2 K

    Теплопередача

    q = ( 25 Вт / м 2 K ) ( 2 м 2 ) (( 100 o C ) — (2 0 o C ))

    = 4000 Вт

    = 4 кВт

    • 1 Вт / (м 2 К) = 0.85984 ккал / (hm 2 o C) = 0,1761 Btu / (ft 2 h o F)
    Типичный общий коэффициент теплопередачи
    • Газ свободной конвекции — газ свободной конвекции: U = 1-2 Вт / м 2 K (стандартное окно, воздух из помещения через стекло)
    • Газ без конвекции — принудительная жидкая (проточная) вода: U = 5-15 Вт / м 2 K (типовые радиаторы центрального отопления)
    • Свободная конвекция газа — конденсирующийся пар Вода: U = 5-20 Вт / м 2 K (типовые паровые радиаторы)
    • Принудительная конвекция (проточная) Газ — Свободная конвекция газ: U = 3-10 Вт / м 2 K (пароперегреватели)
    • Принудительная конвекция (проточный) Газ — Принудительная конвекция Газ: U = 10-30 Вт / м 2 K (газы теплообменника)
    • Принудительная конвекция (проточный) газ — Принудительная жидкая (проточная) вода: U = 10-50 Вт / м 2 9 0022 K (газовые охладители)
    • Принудительная конвекция (проточный) Газ — конденсирующийся пар Вода: U = 10-50 Вт / м 2 K (воздухонагреватели)
    • Безжидкостная конвекция — принудительная конвекция Газ: U = 10-50 Вт / м 2 K (газовый котел)
    • Жидкостная конвекция — свободная конвекция Жидкость: U = 25-500 Вт / м 2 K (масляная баня для отопления)
    • Без жидкости Конвекция — принудительный ток жидкости (вода): U = 50 — 100 Вт / м 2 K (нагревательный змеевик в воде в резервуаре, вода без рулевого управления), 500-2000 Вт / м 2 K (нагревательный змеевик в резервуарной воде) , вода с рулевым управлением)
    • Конвекция без жидкости — Конденсирующийся пар воды: U = 300 — 1000 Вт / м 2 K (паровые рубашки вокруг сосудов с мешалками, вода), 150 — 500 Вт / м 2 K (другие жидкости)
    • Принудительная жидкость (текущая) вода — газ свободной конвекции: U = 10-40 Вт / м 2 K (горючий камера + излучение)
    • Принудительная жидкость (текущая) вода — Свободная конвекционная жидкость: U = 500 — 1500 Вт / м 2 K (охлаждающий змеевик — перемешиваемый)
    • Принудительная жидкость (текущая) вода — Принудительная жидкость (проточная вода): U = 900 — 2500 Вт / м 2 K (теплообменник вода / вода)
    • Принудительная жидкая (проточная) вода — Конденсирующий пар водяной: U = 1000 — 4000 Вт / м 2 K (конденсаторы водяного пара)
    • Кипящая жидкая вода — свободный конвекционный газ: U = 10-40 Вт / м 2 K (паровой котел + излучение)
    • Кипящая жидкая вода — принудительное течение жидкости (вода) : U = 300 — 1000 Вт / м 2 K (испарение холодильников или охладителей рассола)
    • Кипящая жидкая вода — Конденсирующий пар воды: U = 1500 — 6000 Вт / м 2 K (испарители пар / вода)
    .

    Конвективная теплопередача

    Тепловая энергия, передаваемая между поверхностью и движущейся жидкостью с разными температурами — известна как конвекция .

    На самом деле это комбинация диффузии и объемного движения молекул. Вблизи поверхности скорость жидкости мала, и преобладает диффузия. На расстоянии от поверхности объемное движение усиливает влияние и преобладает.

    Конвективная теплопередача может быть

    • принудительной или вспомогательной конвекцией
    • естественной или свободной конвекцией
    принудительной или вспомогательной конвекцией

    принудительной конвекцией, когда поток жидкости индуцируется внешняя сила, такая как насос, вентилятор или смеситель.

    Естественная или свободная конвекция

    Естественная конвекция вызывается выталкивающими силами из-за разницы плотности, вызванной колебаниями температуры в жидкости. При нагревании изменение плотности в пограничном слое заставит жидкость подниматься и заменяться более холодной жидкостью, которая также будет нагреваться и подниматься. Это продолжающееся явление называется свободной или естественной конвекцией.

    Процессы кипения или конденсации также называют конвективными процессами теплопередачи.

    • Теплопередача на единицу поверхности за счет конвекции была впервые описана Ньютоном, и это соотношение известно как закон охлаждения Ньютона .

    Уравнение конвекции может быть выражено как:

    q = h c A dT (1)

    , где

    q = теплопередача за единицу времени (Вт, БТЕ / ч)

    A = площадь теплопередачи поверхности (м 2 , футы 2 )

    h c = коэффициент конвективной теплопередачи процесса ( Вт / (м 2o C, Btu / (фут 2 h o F) )

    dT = разница температур между поверхностью и основной жидкостью ( o C, F)

    Коэффициенты теплопередачи — единицы
    Коэффициенты конвективной теплопередачи

    Коэффициенты конвективной теплопередачи — ч c в зависимости от t тип среды, будь то газ или жидкость, и свойства потока, такие как скорость, вязкость и другие свойства, зависящие от потока и температуры.

    Типичные коэффициенты конвективной теплопередачи для некоторых распространенных применений потока жидкости:

    • Свободная конвекция — воздух, газы и сухие пары: 0,5 — 1000 (Вт / (м 2 K))
    • Свободная конвекция — вода и жидкости: 50 — 3000 (Вт / (м 2 K))
    • Принудительная конвекция — воздух, газы и сухие пары: 10 — 1000 (Вт / (м 2 K))
    • Принудительная конвекция — вода и жидкости: 50 — 10000 (Вт / (м 2 K))
    • Принудительная конвекция — жидкие металлы: 5000 — 40000 (Вт / (м 2 K))
    • Кипящая вода: 3.000 — 100,000 (Вт / (м 2 K))
    • Водяной пар конденсата: 5.000 — 100,000 (Вт / (м 2 K))
    Коэффициент конвективной теплопередачи для воздуха

    Коэффициент конвективной теплопередачи для потока воздуха может быть приблизительно равен

    ч c = 10,45 — v + 10 v 1/2 (2)

    где

    h c = коэффициент теплопередачи (кКал / м 2 ч ° C)

    v = относительная скорость между поверхностью объекта и воздухом (м / с)

    Начиная с

    1 ккал / м 2 ч ° С = 1.16 Вт / м 2 ° C

    — (2) можно изменить на

    ч cW = 12,12 — 1,16 v + 11,6 v 1/2 (2b)

    где

    ч cW = коэффициент теплопередачи (Вт / м 2 ° C )

    Примечание! — это эмпирическое уравнение, которое может использоваться для скоростей от 2 до 20 м / с .

    Пример — конвективная теплопередача

    Жидкость течет по плоской поверхности 1 м на 1 м. Температура поверхности 50 o C , температура жидкости 20 o C и коэффициент конвективной теплопередачи 2000 Вт / м 2o С . Конвективную теплопередачу между более горячей поверхностью и более холодным воздухом можно рассчитать как

    q = (2000 Вт / (м 2o C)) ((1 м) (1 м)) ((50 o C) — (20 o C))

    = 60000 (Вт)

    = 60 (кВт)

    Калькулятор конвективной теплопередачи
    Таблица конвективной теплопередачи

    .

    Погружные змеевики — коэффициенты теплопередачи

    Общие коэффициенты теплопередачи для паровых змеевиков среднего давления, змеевиков или труб с горячей водой, погруженных в масло или жир:

    9 0037 140-310
    Тип змеевика Коэффициент теплопередачи
    — U —
    (Вт / м 2 o C) (БТЕ / час фут 2 o F)
    Пар в водные растворы, с перемешиванием 800-1200 140-210
    Пар в водные растворы, естественная конвекция 340-570 60-100
    Пар в легкое масло, естественная конвекция 170 30
    Пар в тяжелую нефть, естественная конвекция 85 — 115 15-20
    Пар в тяжелую нефть, с перемешиванием 25-55
    Пар в жир, естественная конвекция 30-60 5-10
    Пар в органические вещества, перемешанный 510-800 90-140
    Горячая вода в масло, естественная конвекция 34-140 6-25
    Горячая вода в воду, естественная конвекция 200-370 35-65
    Горячая вода в воду, с перемешиванием 480-850 90-150
    Масло-теплоноситель для органических веществ, перемешанное 140-280 25-50
    Солевой раствор в воду, перемешанный 280-630 50 — 110
    Охлаждающая вода в глицерин, перемешиваемый 280-430 50-75
    Пример — теплопередача от парового змеевика

    A 50 мм паровой змеевик с внешним диаметром 60.3 мм (0,0603 м) и длиной 10 м при 1 бар абсолютное давление и температура пара 120 o C погружается в масляную ванну с температурой 50 o C .

    Площадь поверхности змеевика может быть рассчитана умножением длины окружности трубы на длину трубы как

    A = π (0,0603 м) (10 м)

    = 1,89 м 2

    Из таблицы выше коэффициент теплопередачи составляет 170 Вт / м 2 o C для «Пар — легкая нефть, естественная конвекция».Теплопередача может быть рассчитана как

    Q = (1,89 м 2 ) ((120 o C) — (50 o C)) (170 Вт / м 2 o C)

    = 22491 Вт

    .

    Расчет водяного теплого пола, онлайн калькулятор теплопотери


    Желаемая температура воздуха

    Это комфортная для жильцов температура в помещении. Желаемая температура — очень индивидуальный параметр, ведь кому-то нравится высокая температура в помещении, а кому-то прохлада.

    Европейские нормы указывают, что в спальне, кабинете, гостиной, столовой и кухне оптимальной является температура 20-24°С; в туалете, кладовой, гардеробной — 17-23°С; в ванной — 24-25°С.

    Усредненно можно задать 20°С.


    Вверх

    Температура подачи / температура обратки

    Температура подачи — температура теплоносителя в подающем коллекторе. Т.е. на входе в контур теплого пола.

    Температура обратки — температура теплоносителя в обратном коллекторе (на выходе из контура).

     

     

    Для того, чтобы теплый пол отапливал помещение, он должен отдавать тепло, т.е. температура подачи должна быть выше температуры обратки. Оптимально, если разница температуры подачи и обратки составляет 10°С (например, подача — 45°С, обратка — 35°С).

    Для обогрева помещения температура подачи должна быть выше желаемой температуры в помещении.


    Вверх

    Температура в нижнем помещении

    Эта температура необходима для учета тепла, идущего вниз, т.е. теплопотерь.

    Если теплый пол располагается над помещением (нижний этаж, подвал), то используется температура, поддерживаемая в нем. Если пол располагается над грунтом или на грунте, то для расчета используется температура воздуха для самой холодной пятидневки года. Этот показатель автоматически подставляется для выбранного города.


    Вверх

    Шаг укладки труб теплого пола

    Это расстояние между трубами, залитыми в стяжку пола. От шага укладки зависит теплоотдача теплых полов — чем меньше шаг, тем больше удельная теплоотдача, и наоборот.

    Оптимальный шаг укладки труб теплого пола лежит в пределах 10-30 см. При меньшем шаге возможна отдача тепла из подачи в обратку. При большем — неравномерный прогрев пола, когда на поверхности пола над трубой ощущается тепло, а между трубами — холод.


    Вверх

    Длина подводящей магистрали теплого пола

    Это сумма длин труб от подающего коллектора до начала контура теплого пола и от конца контура до обратного коллектора.


    При размещении коллектора теплого пола в том же помещении, где и теплые полы, влияние подводящей магистрали незначительно. Если же они находятся в разных помещениях, то длина подводящей магистрали может быть большой и ее гидравлическое сопротивление может составлять половину сопротивления всего контура.


    Вверх

    Толщина стяжки над трубами теплого пола

    Назначение стяжки над трубами теплых полов — воспринимать нагрузку от людей и предметов в отапливаемом помещении и равномерно распределять тепло от труб по поверхности пола.


    Минимально допустимая толщина стяжки над трубой составляет 30 мм при наличии армирования. При меньшей толщине стяжка будет обладать недостаточной прочностью. Также, малая толщина стяжки не обеспечивает равномерный нагрев поверхности пола — возникают полосы горячего пола над трубой и холодного между трубами.

    Заливать стяжку толще 100 мм не стоит, т.к. это увеличивает инерционность теплых полов, исключает возможность быстрого регулирования температуры пола. При большой толщине изменение температуры поверхности пола будет происходить спустя несколько часов, а то и суток.

    Исходя из этих условий, оптимальная толщина стяжки теплого пола — 60-70 мм над трубой. Добавление в раствор фибры и пластификатора позволяет уменьшить толщину до 30-40 мм.


    Вверх

    Максимальная температура поверхности пола

    Это температура поверхности пола непосредственно над трубой контура. По нормативным требованиям этот параметр не должен превышать 35°С.


    Вверх

    Минимальная температура поверхности пола

    Это температура поверхности пола на равном расстоянии от труб (посередине).


    Вверх

    Средняя температура поверхности пола

    Этот параметр является основным критерием расчета теплого пола в плане комфорта для жильцов. Он представляет собой среднее значение между максимальной и минимальной температурой пола.

    По нормам в помещениях с постоянным нахождением людей (жилые комнаты, кабинеты и т.д.) средняя температура пола должна быть не выше 26°С. В помещениях с повышенной влажностью (ванные, бассейны) или с непостоянным нахождением людей температура пола может составлять до 31°С.

    Температура пола в 26°С не обеспечивает ожидаемого комфорта для ступней. В частном доме, где никто не вправе владельцу указывать какой температурой обогревать жилье, можно настраивать среднюю температуру пола в 29°С. При этом ступни будут ощущать комфортное тепло. Поднимать температуру выше 31°С не стоит — это приводит к высушиваю воздуха.


    Вверх

    Тепловой поток вверх

    Тепловой поток вверх — тепло, отдаваемое теплым полом на обогрев помещения.

    Если водяной теплый пол является единственным источником тепла, то тепловой поток вверх должен немного превышать теплопотери помещения.

    При использовании теплого пола в комбинации с радиаторами, он компенсирует лишь некоторую часть теплопотерь.


    Вверх

    Тепловой поток вниз

    Это тепло, уходящее в перекрытие и нижнее помещение, т.е. тепловые потери. Тепловой поток вниз должен быть как можно меньше. Добиться этого можно увеличением толщины утеплителя.


    Вверх

    Суммарный тепловой поток

    Мощность теплого пола, включающая полезное тепло (обогрев помещения) и теплопотери (тепловой поток вниз).


    Вверх

    Удельный тепловой поток вверх

    Полезное тепло, идущее на обогрев помещения, выделяемое каждым квадратным метром теплого пола.


    Вверх

    Удельный тепловой поток вниз

    Теплопотери каждого квадратного метра теплого пола.


    Вверх

    Суммарный удельный тепловой поток

    Количество тепла, выделяемого каждым квадратным метром теплого пола, на обогрев помещения и на теплопотери вниз.


    Вверх

    Расход теплоносителя

    Величина расхода необходима для правильной балансировки нескольких контуров теплых полов, подключенных к одному коллектору. Полученное значение нужно выставить на шкале расходомера.



    Вверх

    Скорость теплоносителя

    От скорости движения теплоносителя по трубе теплого пола зависит акустический комфорт в отапливаемом помещении. Если скорость теплоносителя превышает 0,5 м/с, то возможно образование посторонних звуков от циркуляции теплоносителя. Снижения скорости теплоносителя можно добиться увеличением диаметра трубы или уменьшением ее длины.


    Вверх

    Перепад давления

    По перепаду давления в контуре теплого пола (между подающим и обратным коллектором) подбирается циркуляционный насос. Напор насоса должен быть не меньше, чем перепад давления в самом нагруженном контуре. Если напор насоса ниже перепада давления в контуре, то следует выбрать более мощную модель или уменьшить длину контура.


    Вверх

    курсов PDH онлайн. PDH для профессиональных инженеров. ПДХ Инжиниринг.

    «Мне нравится широта ваших курсов по HVAC; не только экологичность или экономия энергии

    курс.

    Russell Bailey, P.E.

    Нью-Йорк

    «Это укрепило мои текущие знания и научило меня еще нескольким новым вещам.

    , чтобы познакомить меня с новыми источниками

    информации.»

    Стивен Дедак, P.E.

    Нью-Джерси

    «Материал был очень информативным и организованным. Я многому научился, и они были

    .

    очень быстро отвечает на вопросы.

    Это было на высшем уровне. Будет использовать

    снова . Спасибо. «

    Blair Hayward, P.E.

    Альберта, Канада

    «Простой в использовании сайт.Хорошо организовано. Я действительно буду снова пользоваться вашими услугами.

    проеду по вашей роте

    имя другим на работе «

    Roy Pfleiderer, P.E.

    Нью-Йорк

    «Справочные материалы были превосходными, а курс был очень информативным, особенно потому, что я думал, что уже знаком с

    с подробной информацией о Канзасе

    Городская авария Хаятт.»

    Майкл Морган, P.E.

    Техас

    «Мне очень нравится ваша бизнес-модель. Мне нравится просматривать текст перед покупкой. Я нашел класс

    .

    информативно и полезно

    на моей работе »

    Вильям Сенкевич, П.Е.

    Флорида

    «У вас большой выбор курсов, а статьи очень информативны.Вы

    — лучшее, что я нашел ».

    Russell Smith, P.E.

    Пенсильвания

    «Я считаю, что такой подход позволяет работающему инженеру легко зарабатывать PDH, давая время на просмотр

    материал «.

    Jesus Sierra, P.E.

    Калифорния

    «Спасибо, что разрешили мне просмотреть неправильные ответы.На самом деле

    человек узнает больше

    от отказов »

    John Scondras, P.E.

    Пенсильвания

    «Курс составлен хорошо, и использование тематических исследований является эффективным.

    способ обучения »

    Джек Лундберг, P.E.

    Висконсин

    «Я очень впечатлен тем, как вы представляете курсы; i.е., позволяя

    студент, оставивший отзыв на курсе

    материалов до оплаты и

    получает викторину «

    Арвин Свангер, П.Е.

    Вирджиния

    «Спасибо за то, что вы предложили все эти замечательные курсы. Я определенно выучил и

    получил много удовольствия «.

    Мехди Рахими, П.Е.

    Нью-Йорк

    «Я очень доволен предлагаемыми курсами, качеством материалов и простотой поиска.

    на связи

    курса.»

    Уильям Валериоти, P.E.

    Техас

    «Этот материал во многом оправдал мои ожидания. По курсу было легко следовать. Фотографии в основном обеспечивали хорошее наглядное представление о

    обсуждаемых тем ».

    Майкл Райан, P.E.

    Пенсильвания

    «Именно то, что я искал. Потребовался 1 балл по этике, и я нашел его здесь.»

    Джеральд Нотт, П.Е.

    Нью-Джерси

    «Это был мой первый онлайн-опыт получения необходимых мне кредитов PDH. Это было

    информативно, выгодно и экономично.

    Я очень рекомендую

    всем инженерам »

    Джеймс Шурелл, П.Е.

    Огайо

    «Я понимаю, что вопросы относятся к« реальному миру »и имеют отношение к моей практике, и

    не на основании каких-то неясных раздел

    законов, которые не применяются

    «нормальная» практика.»

    Марк Каноник, П.Е.

    Нью-Йорк

    «Отличный опыт! Я многому научился, чтобы перенести его на свой медицинский прибор

    .

    организация.

    Иван Харлан, П.Е.

    Теннесси

    «Материалы курса имели хорошее содержание, не слишком математическое, с хорошим акцентом на практическое применение технологий».

    Юджин Бойл, П.E.

    Калифорния

    «Это был очень приятный опыт. Тема была интересной и хорошо изложенной,

    а онлайн-формат был очень

    Доступно и просто

    использовать. Большое спасибо ».

    Патрисия Адамс, P.E.

    Канзас

    «Отличный способ добиться соответствия требованиям PE Continuing Education в рамках ограничений по времени лицензиата.»

    Джозеф Фриссора, P.E.

    Нью-Джерси

    «Должен признать, я действительно многому научился. Помогает иметь распечатанный тест во время

    .

    обзор текстового материала. Я

    также понравился просмотр

    фактических случаев предоставлено.

    Жаклин Брукс, П.Е.

    Флорида

    «Документ» Общие ошибки ADA при проектировании объектов «очень полезен.

    испытание потребовало исследований в

    документ но ответы были

    в наличии »

    Гарольд Катлер, П.Е.

    Массачусетс

    «Я эффективно использовал свое время. Спасибо за то, что у вас есть широкий выбор.

    в транспортной инженерии, что мне нужно

    для выполнения требований

    Сертификат ВОМ.»

    Джозеф Гилрой, П.Е.

    Иллинойс

    «Очень удобный и доступный способ заработать CEU для моих требований PG в Делавэре».

    Ричард Роудс, P.E.

    Мэриленд

    «Я многому научился с защитным заземлением. Пока все курсы, которые я прошел, были отличными.

    Надеюсь увидеть больше 40%

    курса со скидкой.»

    Кристина Николас, П.Е.

    Нью-Йорк

    «Только что сдал экзамен по радиологическим стандартам и с нетерпением жду возможности сдать еще

    курса. Процесс прост, и

    намного эффективнее, чем

    вынуждены путешествовать «.

    Деннис Мейер, P.E.

    Айдахо

    «Услуги, предоставляемые CEDengineering, очень полезны для Professional

    Инженеры получат блоки PDH

    в любое время.Очень удобно ».

    Пол Абелла, P.E.

    Аризона

    «Пока все отлично! Поскольку я постоянно работаю матерью двоих детей, у меня мало

    время исследовать где на

    получить мои кредиты от.

    Кристен Фаррелл, P.E.

    Висконсин

    «Это было очень познавательно и познавательно.Легко для понимания с иллюстрациями

    и графики; определенно делает это

    проще поглотить все

    теории.

    Виктор Окампо, P.Eng.

    Альберта, Канада

    «Хороший обзор принципов работы с полупроводниками. Мне понравилось пройти курс по

    .

    мой собственный темп во время моего утро

    метро

    на работу.»

    Клиффорд Гринблатт, П.Е.

    Мэриленд

    «Просто найти интересные курсы, скачать документы и взять

    викторина. Я бы очень рекомендовал

    вам на любой PE, требующий

    CE единиц. «

    Марк Хардкасл, П.Е.

    Миссури

    «Очень хороший выбор тем из многих областей техники.»

    Randall Dreiling, P.E.

    Миссури

    «Я заново узнал то, что забыл. Я также рад оказать финансовую помощь

    по ваш промо-адрес электронной почты который

    сниженная цена

    на 40% «

    Конрадо Казем, П.E.

    Теннесси

    «Отличный курс по разумной цене. Воспользуюсь вашими услугами в будущем».

    Charles Fleischer, P.E.

    Нью-Йорк

    «Это был хороший тест и фактически подтвердил, что я прочитал профессиональную этику

    кодов и Нью-Мексико

    правил. «

    Брун Гильберт, П.E.

    Калифорния

    «Мне очень понравились занятия. Они стоили потраченного времени и усилий».

    Дэвид Рейнольдс, P.E.

    Канзас

    «Очень доволен качеством тестовых документов. Буду использовать CEDengineerng

    .

    при необходимости дополнительных

    аттестат. «

    Томас Каппеллин, П.E.

    Иллинойс

    «У меня истек срок действия курса, но вы все же выполнили свое обязательство и дали

    мне то, за что я заплатил — много

    оценено! «

    Джефф Ханслик, P.E.

    Оклахома

    «CEDengineering предоставляет удобные, экономичные и актуальные курсы.

    для инженера »

    Майк Зайдл, П.E.

    Небраска

    «Курс был по разумной цене, а материалы были краткими, а

    хорошо организовано.

    Glen Schwartz, P.E.

    Нью-Джерси

    «Вопросы подходили для уроков, а материал урока —

    .

    хороший справочный материал

    для деревянного дизайна.

    Брайан Адамс, П.E.

    Миннесота

    «Отлично, я смог получить полезные рекомендации по простому телефонному звонку.»

    Роберт Велнер, P.E.

    Нью-Йорк

    «У меня был большой опыт работы в прибрежном строительстве — проектирование

    Building курс и

    очень рекомендую

    Денис Солано, P.E.

    Флорида

    «Очень понятный, хорошо организованный веб-сайт. Материалы курса этики Нью-Джерси были очень хорошими

    хорошо подготовлены. «

    Юджин Брэкбилл, P.E.

    Коннектикут

    «Очень хороший опыт. Мне нравится возможность загружать учебные материалы на

    .

    обзор где угодно и

    всякий раз, когда.»

    Тим Чиддикс, P.E.

    Колорадо

    «Отлично! Сохраняю широкий выбор тем на выбор».

    Уильям Бараттино, P.E.

    Вирджиния

    «Процесс прямой, без всякой ерунды. Хороший опыт».

    Тайрон Бааш, П.E.

    Иллинойс

    «Вопросы на экзамене были зондирующими и продемонстрировали понимание

    материала. Тщательно

    и комплексное.

    Майкл Тобин, P.E.

    Аризона

    «Это мой второй курс, и мне понравилось то, что мне предложили курс

    поможет по моей линии

    работ.»

    Рики Хефлин, P.E.

    Оклахома

    «Очень быстро и легко ориентироваться. Я обязательно воспользуюсь этим сайтом снова».

    Анджела Уотсон, P.E.

    Монтана

    «Легко выполнить. Нет путаницы при подходе к сдаче теста или записи сертификата».

    Кеннет Пейдж, П.E.

    Мэриленд

    «Это был отличный источник информации о солнечном нагреве воды. Информативный

    и отличное освежение ».

    Luan Mane, P.E.

    Conneticut

    «Мне нравится подход к регистрации и возможность читать материалы в автономном режиме, а затем

    Вернись, чтобы пройти викторину «

    Алекс Млсна, П.E.

    Индиана

    «Я оценил объем информации, предоставленной для класса. Я знаю

    это вся информация, которую я могу

    использование в реальных жизненных ситуациях .

    Натали Дерингер, P.E.

    Южная Дакота

    «Обзорные материалы и образец теста были достаточно подробными, чтобы я мог сделать

    успешно завершено

    курс.»

    Ира Бродская, П.Е.

    Нью-Джерси

    «Веб-сайт прост в использовании, вы можете скачать материалы для изучения, а затем вернуться

    и пройдите викторину. Очень

    удобно а на моем

    собственный график «

    Майкл Глэдд, P.E.

    Грузия

    «Спасибо за хорошие курсы на протяжении многих лет.»

    Деннис Фундзак, П.Е.

    Огайо

    «Очень легко зарегистрироваться, получить доступ к курсу, пройти тест и распечатать PDH

    Сертификат . Спасибо за изготовление

    процесс простой ».

    Фред Шейбе, P.E.

    Висконсин

    «Опыт положительный.Быстро нашел курс, который соответствовал моим потребностям, и закончил

    один час PDH в

    один час. «

    Стив Торкильдсон, P.E.

    Южная Каролина

    «Мне понравилась возможность скачать документы для проверки содержания

    и пригодность, до

    имея платить за

    материал

    Ричард Вимеленберг, P.E.

    Мэриленд

    «Это хорошее напоминание об ЭЭ для инженеров, не занимающихся электричеством».

    Дуглас Стаффорд, П.Е.

    Техас

    «Всегда есть возможности для улучшения, но я ничего не могу придумать в вашем

    .

    процесс, которому требуется

    улучшение.»

    Thomas Stalcup, P.E.

    Арканзас

    «Мне очень нравится удобство участия в викторине онлайн и получение сразу

    сертификат. «

    Марлен Делани, П.Е.

    Иллинойс

    «Учебные модули CEDengineering — это очень удобный способ доступа к информации по

    .

    много разные технические зоны за пределами

    по своей специализации без

    приходится путешествовать.»

    Гектор Герреро, П.Е.

    Грузия

    Изменение температуры и теплоемкость

    Цели обучения

    К концу этого раздела вы сможете:

    • Наблюдать за теплопередачей, а также за изменением температуры и массы.
    • Рассчитайте конечную температуру после передачи тепла между двумя объектами.

    Одним из основных эффектов теплопередачи является изменение температуры: нагревание увеличивает температуру, а охлаждение снижает ее.Мы предполагаем, что фазового перехода нет и что система или система не выполняет никаких действий. Эксперименты показывают, что передаваемое тепло зависит от трех факторов: изменения температуры, массы системы, а также вещества и фазы вещества.

    Рис. 1. Тепло, передаваемое Q , вызывающее изменение температуры, зависит от величины изменения температуры, массы системы, а также от вещества и фазы. (а) Количество переданного тепла прямо пропорционально изменению температуры.Чтобы удвоить изменение температуры массы m, вам нужно добавить в два раза больше тепла. (б) Количество переданного тепла также прямо пропорционально массе. Чтобы вызвать эквивалентное изменение температуры в удвоенной массе, вам нужно добавить в два раза больше тепла. (c) Количество передаваемого тепла зависит от вещества и его фазы. Если требуется количество Q тепла, чтобы вызвать изменение температуры Δ T в данной массе меди, потребуется в 10,8 раза больше тепла, чтобы вызвать эквивалентное изменение температуры в той же массе воды, при условии отсутствия фазы. изменение любого вещества.

    Зависимость от изменения температуры и массы легко понять. В связи с тем, что (средняя) кинетическая энергия атома или молекулы пропорциональна абсолютной температуре, внутренняя энергия системы пропорциональна абсолютной температуре и количеству атомов или молекул. Благодаря тому, что переданное тепло равно изменению внутренней энергии, тепло пропорционально массе вещества и изменению температуры. Передаваемое тепло также зависит от вещества, так что, например, количество тепла, необходимое для повышения температуры, меньше для спирта, чем для воды.Для одного и того же вещества передаваемое тепло также зависит от фазы (газ, жидкость или твердое тело).

    Теплопередача и изменение температуры

    Количественная связь между теплопередачей и изменением температуры включает все три фактора: Q = mc Δ T , где Q — символ теплопередачи, м — масса вещества, а Δ T — изменение температуры. Обозначение c обозначает удельную теплоемкость и зависит от материала и фазы.Удельная теплоемкость — это количество тепла, необходимое для изменения температуры 1,00 кг массы на 1,00 ° C. Удельная теплоемкость c — это свойство вещества; его единица СИ — Дж / (кг К) или Дж / (кг ºC). Напомним, что изменение температуры (Δ T ) одинаково в единицах кельвина и градусов Цельсия. Если теплопередача измеряется в килокалориях, то единицей удельной теплоемкости является ккал / (кг ⋅ ºC).

    Значения удельной теплоемкости обычно необходимо искать в таблицах, потому что нет простого способа их вычислить.Как правило, удельная теплоемкость также зависит от температуры. В таблице 1 приведены типичные значения теплоемкости различных веществ. За исключением газов, температурная и объемная зависимость удельной теплоемкости большинства веществ слабая. Из этой таблицы видно, что удельная теплоемкость воды в пять раз больше, чем у стекла, и в десять раз больше, чем у железа, что означает, что требуется в пять раз больше тепла, чтобы поднять температуру воды на такую ​​же величину, что и у стекла, и в десять раз больше. много тепла для повышения температуры воды, как для утюга.Фактически, вода имеет одну из самых высоких удельной теплоемкости из всех материалов, что важно для поддержания жизни на Земле.

    Пример 1. Расчет необходимого тепла: нагрев воды в алюминиевой кастрюле

    Алюминиевая кастрюля массой 0,500 кг на плите используется для нагрева 0,250 литра воды с 20,0 до 80,0 ° C. а) Сколько тепла требуется? Какой процент тепла используется для повышения температуры (б) сковороды и (в) воды?

    Стратегия

    Кастрюля и вода всегда имеют одинаковую температуру.Когда вы ставите кастрюлю на плиту, температура воды и кастрюли увеличивается на одинаковую величину. Мы используем уравнение теплопередачи для данного изменения температуры и массы воды и алюминия. Значения удельной теплоемкости воды и алюминия приведены в таблице 1.

    Решение

    Поскольку вода находится в тепловом контакте с алюминием, кастрюля и вода имеют одинаковую температуру.

    Рассчитать разницу температур:

    Δ T = T f T i = 60.0ºC.

    Рассчитайте массу воды. Поскольку плотность воды составляет 1000 кг / м 3 , один литр воды имеет массу 1 кг, а масса 0,250 литра воды составляет м w = 0,250 кг.

    Рассчитайте тепло, передаваемое воде. Используйте удельную теплоемкость воды в таблице 1:

    .

    Q w = м w c w Δ T = (0,250 кг) (4186 Дж / кгºC) (60,0ºC) = 62.8 кДж.

    Рассчитайте тепло, передаваемое алюминию. Используйте удельную теплоемкость алюминия в таблице 1:

    .

    Q Al = м Al c Al Δ T = (0,500 кг) (900 Дж / кгºC) (60,0ºC) = 27,0 × 10 4 J = 27,0 кДж . <

    Сравните процент тепла, поступающего в сковороду, и в воду. Сначала найдите общее переданное тепло:

    Q Итого = Q w + Q Al = 62.8 кДж + 27,0 кДж = 89,8 кДж.

    Таким образом, количество тепла, идущего на нагревание сковороды, равно

    .

    [латекс] \ frac {27.0 \ text {kJ}} {89.8 \ text {kJ}} \ times100 \% = 30.1 \% \\ [/ latex]

    , а на подогрев воды —

    .

    [латекс] \ frac {62,8 \ text {кДж}} {89,8 \ text {кДж}} \ times100 \% = 69,9 \% \\ [/ latex].

    Обсуждение

    В этом примере тепло, передаваемое контейнеру, составляет значительную долю от общего переданного тепла. Хотя вес кастрюли вдвое больше, чем у воды, удельная теплоемкость воды более чем в четыре раза больше, чем у алюминия.Следовательно, для достижения заданного изменения температуры воды требуется чуть более чем в два раза больше тепла по сравнению с алюминиевым поддоном.

    Пример 2. Расчет повышения температуры в результате работы, проделанной с веществом: перегрев тормозов грузовика на спуске

    Рис. 2. Дымящиеся тормоза этого грузовика — видимое свидетельство механического эквивалента тепла.

    Тормоза грузовика, используемые для контроля скорости на спуске, работают, преобразуя гравитационную потенциальную энергию в повышенную внутреннюю энергию (более высокую температуру) тормозного материала.Это преобразование предотвращает преобразование гравитационной потенциальной энергии в кинетическую энергию грузовика. Проблема в том, что масса грузовика велика по сравнению с массой тормозного материала, поглощающего энергию, и повышение температуры может происходить слишком быстро, чтобы тепло передавалось от тормозов в окружающую среду.

    Рассчитайте повышение температуры 100 кг тормозного материала со средней удельной теплоемкостью 800 Дж / кг ºC, если материал сохраняет 10% энергии от грузовика массой 10 000 кг, спускающегося на 75.0 м (при вертикальном перемещении) с постоянной скоростью.

    Стратегия

    Если тормоза не применяются, потенциальная энергия гравитации преобразуется в кинетическую энергию. При срабатывании тормозов потенциальная гравитационная энергия преобразуется во внутреннюю энергию тормозного материала. Сначала мы вычисляем гравитационную потенциальную энергию ( Mgh ), которую весь грузовик теряет при спуске, а затем находим повышение температуры, возникающее только в тормозном материале.

    Решение
    1. Рассчитайте изменение гравитационной потенциальной энергии при спуске грузовика Mgh = (10,000 кг) (9.{\ circ} C \\ [/ латекс].
    Обсуждение

    Эта температура близка к температуре кипения воды. Если бы грузовик ехал какое-то время, то непосредственно перед спуском температура тормозов, вероятно, была бы выше температуры окружающей среды. Повышение температуры при спуске, вероятно, приведет к повышению температуры тормозного материала выше точки кипения воды, поэтому этот метод непрактичен. Однако та же самая идея лежит в основе недавней гибридной технологии автомобилей, в которой механическая энергия (гравитационная потенциальная энергия) преобразуется тормозами в электрическую энергию (аккумулятор).

    Таблица 1. Удельная теплоемкость различных веществ
    Вещества Удельная теплоемкость ( c )
    Твердые тела Дж / кг ⋅ ºC ккал / кг ⋅ ºC
    Алюминий 900 0,215
    Асбест 800 0,19
    Бетон, гранит (средний) 840 0.20
    Медь 387 0,0924
    Стекло 840 0,20
    Золото 129 0,0308
    Человеческое тело (в среднем при 37 ° C) 3500 0,83
    Лед (в среднем от −50 ° C до 0 ° C) 2090 0,50
    Чугун, сталь 452 0,108
    Свинец 128 0.0305
    Серебро 235 0,0562
    Дерево 1700 0,4
    Жидкости
    Бензол 1740 0,415
    Этанол 2450 0,586
    Глицерин 2410 0,576
    Меркурий 139 0,0333
    Вода (15.0 ° С) 4186 1.000
    Газы
    Воздух (сухой) 721 (1015) 0,172 (0,242)
    Аммиак 1670 (2190) 0,399 (0,523)
    Двуокись углерода 638 (833) 0,152 (0,199)
    Азот 739 (1040) 0,177 (0,248)
    Кислород 651 (913) 0.156 (0,218)
    Пар (100 ° C) 1520 (2020) 0,363 (0,482)

    Обратите внимание, что Пример 2 является иллюстрацией механического эквивалента тепла. В качестве альтернативы повышение температуры может быть произведено с помощью паяльной лампы, а не механически.

    Пример 3. Расчет конечной температуры при передаче тепла между двумя телами: налив холодной воды в горячую кастрюлю

    Допустим, вы залили 0,250 кг 20.0ºC воды (около чашки) в алюминиевую кастрюлю весом 0,500 кг, снятую с плиты, при температуре 150ºC. Предположим, что поддон стоит на изолированной подушке и выкипает незначительное количество воды. Какова температура, когда вода и поддон через короткое время достигают теплового равновесия?

    Стратегия

    Сковорода помещается на изолирующую подкладку так, чтобы теплоотдача с окружающей средой была незначительной. Изначально кастрюля и вода не находятся в тепловом равновесии: кастрюля имеет более высокую температуру, чем вода.Затем передача тепла восстанавливает тепловое равновесие, когда вода и поддон соприкасаются. Поскольку теплообмен между кастрюлей и водой происходит быстро, масса испарившейся воды незначительна, а величина тепла, теряемого сковородой, равна теплу, полученному водой. Обмен тепла прекращается, когда достигается тепловое равновесие между кастрюлей и водой. Теплообмен можно записать как | Q горячий | = Q холодный .

    Решение

    Используйте уравнение теплопередачи Q = mc Δ T , чтобы выразить тепло, теряемое алюминиевой сковородой, через массу сковороды, удельную теплоемкость алюминия, начальную температуру сковороды и конечная температура: Q горячая = м Al c Al ( T f — 150ºC).

    Выразите тепло, полученное водой, через массу воды, удельную теплоемкость воды, начальную температуру воды и конечную температуру: Q холодная = м W c W ( T f — 20,0 ° C).

    Обратите внимание, что Q горячий <0 и Q холодный > 0 и что они должны быть в сумме равными нулю, потому что тепло, теряемое горячей сковородой, должно быть таким же, как тепло, получаемое холодной водой:

    [латекс] \ begin {array} {lll} Q _ {\ text {cold}} + Q _ {\ text {hot}} & = & 0 \\ Q _ {\ text {cold}} & = & — Q _ {\ text {hot}} \\ m _ {\ text {W}} c _ {\ text {W}} \ left (T _ {\ text {f}} — 20.{\ circ} \ text {C} \ end {array} \\ [/ latex]

    Обсуждение

    Это типичная проблема калориметрии — два тела при разных температурах контактируют друг с другом и обмениваются теплом до тех пор, пока не будет достигнута общая температура. Почему конечная температура намного ближе к 20,0ºC, чем к 150ºC? Причина в том, что вода имеет большую удельную теплоемкость, чем большинство обычных веществ, и поэтому претерпевает небольшое изменение температуры при данной теплопередаче. Большой водоем, например озеро, требует большого количества тепла для значительного повышения температуры.Это объясняет, почему температура в озере остается относительно постоянной в течение дня, даже когда изменение температуры воздуха велико. Однако температура воды действительно меняется в течение длительного времени (например, с лета на зиму).

    Домашний эксперимент: изменение температуры земли и воды

    Что нагревается быстрее, земля или вода?

    Для изучения разницы в теплоемкости:

    • Поместите равные массы сухого песка (или почвы) и воды одинаковой температуры в две небольшие банки.(Средняя плотность почвы или песка примерно в 1,6 раза больше плотности воды, поэтому вы можете получить примерно равную массу, используя на 50% больше воды по объему.)
    • Нагрейте оба (в духовке или нагревательной лампе) одинаковое время.
    • Запишите конечную температуру двух масс.
    • Теперь доведите обе банки до одинаковой температуры, нагревая в течение более длительного периода времени.
    • Снимите банки с источника тепла и измеряйте их температуру каждые 5 минут в течение примерно 30 минут.

    Какой образец остывает быстрее всего? Это упражнение воспроизводит явления, ответственные за ветер с суши и с моря.

    Проверьте свое понимание

    Если 25 кДж необходимо для повышения температуры блока с 25 ° C до 30 ° C, сколько тепла необходимо для нагрева блока с 45 ° C до 50 ° C?

    Решение

    Теплопередача зависит только от разницы температур. Поскольку разница температур в обоих случаях одинакова, во втором случае необходимы те же 25 кДж.

    Краткое содержание раздела

    • Передача тепла Q , которая приводит к изменению Δ T температуры тела массой м составляет Q = мк Δ T , где c — удельная теплоемкость материала. Это соотношение также можно рассматривать как определение удельной теплоемкости.

    Концептуальные вопросы

    1. Какие три фактора влияют на теплопередачу, необходимую для изменения температуры объекта?
    2. Тормоза в автомобиле повышают температуру на Δ T при остановке автомобиля со скорости v .Насколько больше было бы Δ T , если бы автомобиль изначально имел вдвое большую скорость? Вы можете предположить, что автомобиль останавливается достаточно быстро, чтобы не отводить тепло от тормозов.

    Задачи и упражнения

    1. В жаркий день температура в бассейне объемом 80 000 л повышается на 1,50ºC. Какова чистая теплопередача при этом нагреве? Игнорируйте любые осложнения, такие как потеря воды из-за испарения.
    2. Докажите, что 1 кал / г · ºC = 1 ккал / кг · ºC.
    3. Для стерилизации 50.Стеклянная детская бутылочка 0 г, мы должны поднять ее температуру с 22,0 ° С до 95,0 ° С. Какая требуется теплопередача?
    4. Одинаковая передача тепла идентичным массам разных веществ вызывает разные изменения температуры. Рассчитайте конечную температуру, когда 1,00 ккал тепла передается 1,00 кг следующих веществ, первоначально при 20,0 ° C: (a) вода; (б) бетон; (в) сталь; и d) ртуть.
    5. Потирание рук согревает их, превращая работу в тепловую энергию. Если женщина трет руки взад и вперед в общей сложности 20 движений, на расстоянии 7.50 см на руб, а при средней силе трения 40,0 Н, что такое повышение температуры? Масса согреваемых тканей всего 0,100 кг, в основном в ладонях и пальцах.
    6. Блок чистого материала массой 0,250 кг нагревают с 20,0 ° C до 65,0 ° C за счет добавления 4,35 кДж энергии. Вычислите его удельную теплоемкость и определите вещество, из которого он, скорее всего, состоит.
    7. Предположим, что одинаковые количества тепла передаются различным массам меди и воды, вызывая одинаковые изменения температуры.Какое отношение массы меди к воде?
    8. (a) Количество килокалорий в пище определяется калориметрическими методами, при которых пища сжигается и измеряется теплоотдача. Сколько килокалорий на грамм арахиса весом 5,00 г, если энергия его горения передается 0,500 кг воды, содержащейся в алюминиевой чашке весом 0,100 кг, что вызывает повышение температуры на 54,9 ° C? (b) Сравните свой ответ с информацией на этикетке, найденной на упаковке арахиса, и прокомментируйте, согласуются ли значения.
    9. После интенсивных упражнений температура тела человека весом 80,0 кг составляет 40,0 ° C. С какой скоростью в ваттах человек должен передавать тепловую энергию, чтобы снизить температуру тела до 37,0 ° C за 30,0 мин, если тело продолжает вырабатывать энергию со скоростью 150 Вт? 1 Вт = 1 Дж / с или 1 Вт = 1 Дж / с.
    10. Даже при остановке после периода нормальной эксплуатации большой промышленный ядерный реактор передает тепловую энергию со скоростью 150 МВт за счет радиоактивного распада продуктов деления.Эта теплопередача вызывает быстрое повышение температуры при выходе из строя системы охлаждения (1 Вт = 1 джоуль / сек или 1 Вт = 1 Дж / с и 1 МВт = 1 мегаватт). (a) Рассчитайте скорость повышения температуры в градусах Цельсия в секунду (ºC / с), если масса активной зоны реактора составляет 1,60 × 10 5 кг, а ее средняя удельная теплоемкость составляет 0,3349 кДж / кг ºC. (b) Сколько времени потребуется, чтобы получить повышение температуры на 2000 ° C, которое может привести к расплавлению некоторых металлов, содержащих радиоактивные материалы? (Начальная скорость повышения температуры будет больше, чем рассчитанная здесь, потому что теплопередача сосредоточена в меньшей массе.Позже, однако, повышение температуры замедлится, потому что стальная защитная оболочка 5 × 10 5 кг также начнет нагреваться.)

    Рис. 3. Бассейн с радиоактивным отработавшим топливом на атомной электростанции. Отработанное топливо долго остается горячим. (кредит: Министерство энергетики США)

    Глоссарий

    удельная теплоемкость: количество тепла, необходимое для изменения температуры 1,00 кг вещества на 1,00 ºC

    Избранные решения проблем и упражнения

    1.5,02 × 10 8 Дж

    3. 3.07 × 10 3 Дж

    5. 0,171ºC

    7. 10,8

    9. 617 Вт


    Конвекция | Физика

    Цели обучения

    К концу этого раздела вы сможете:

    • Обсудите метод передачи тепла конвекцией.

    Конвекция вызывается крупномасштабным потоком вещества. В случае с Землей атмосферная циркуляция вызвана потоком горячего воздуха от тропиков к полюсам и потоком холодного воздуха от полюсов к тропикам.(Обратите внимание, что вращение Земли вызывает наблюдаемый восточный поток воздуха в северном полушарии). Автомобильные двигатели охлаждаются потоком воды в системе охлаждения, а водяной насос поддерживает поток холодной воды к поршням. Система кровообращения используется телом: когда тело перегревается, кровеносные сосуды в коже расширяются (расширяются), что увеличивает приток крови к коже, где ее можно охладить за счет потоотделения. Эти сосуды становятся меньше, когда на улице холодно, и больше, когда жарко (поэтому течет больше жидкости и передается больше энергии).

    Тело также теряет значительную часть своего тепла в процессе дыхания.

    Хотя конвекция обычно сложнее, чем проводимость, мы можем описать конвекцию и сделать несколько простых, реалистичных расчетов ее эффектов. Естественная конвекция вызывается выталкивающими силами: горячий воздух поднимается вверх, потому что плотность уменьшается с увеличением температуры. Таким образом, дом на Рисунке 1 поддерживается в тепле, как и горшок с водой на плите на Рисунке 2. Океанские течения и крупномасштабная атмосферная циркуляция передают энергию из одной части земного шара в другую.Оба являются примерами естественной конвекции.

    Рис. 1. Воздух, нагретый так называемой гравитационной печью, расширяется и поднимается, образуя конвективную петлю, которая передает энергию другим частям комнаты. По мере того, как воздух охлаждается у потолка и внешних стен, он сжимается, в конечном итоге становясь более плотным, чем воздух в помещении, и опускается на пол. Правильно спроектированная система отопления с использованием естественной конвекции, подобная этой, может быть достаточно эффективной для равномерного обогрева дома.

    Рис. 2. Конвекция играет важную роль в теплопередаче внутри этого котла с водой.Попадая внутрь, передача тепла другим частям кастрюли происходит в основном за счет конвекции. Более горячая вода расширяется, уменьшается по плотности и поднимается, передавая тепло другим частям воды, в то время как более холодная вода опускается на дно. Этот процесс повторяется.

    Эксперимент на вынос: конвекционные ролики в подогреваемой сковороде

    Возьмите две маленькие горшки с водой и с помощью пипетки нанесите каплю пищевого красителя на дно каждой. Оставьте один на столешнице, а другой нагрейте на плите.Наблюдайте, как цвет распространяется и сколько времени требуется, чтобы цвет достигал вершины. Наблюдайте, как образуются конвективные петли.

    Пример 1. Расчет теплопередачи путем конвекции: конвекция воздуха через стены дома

    Большинство домов не герметичны: воздух входит и выходит через двери и окна, через трещины и щели, по проводке к выключателям и розеткам и так далее. Воздух в типичном доме полностью заменяется менее чем за час. Предположим, что дом среднего размера имеет внутренние размеры 12.0 м × 18,0 м × 3,00 м в высоту, и что весь воздух заменяется за 30,0 мин. Рассчитайте теплопередачу в ваттах за единицу времени, необходимую для нагрева входящего холодного воздуха на 10,0 ° C, заменяя тем самым тепло, передаваемое только конвекцией.

    Стратегия

    Тепло используется для повышения температуры воздуха так, чтобы Q = mc Δ T . Скорость теплопередачи тогда равна [латекс] \ frac {Q} {t} \\ [/ latex], где т — время оборота воздуха. Нам дано, что Δ T равно 10.0ºC, но мы все равно должны найти значения массы воздуха и его удельной теплоемкости, прежде чем сможем вычислить Q . Удельная теплоемкость воздуха представляет собой средневзвешенное значение удельной теплоты азота и кислорода, что дает c = c p 1000 Дж / кг · ºC из таблицы 1 (обратите внимание, что удельная теплоемкость при постоянном давлении должна использоваться для этого процесса).

    Решение
    1. Определите массу воздуха по его плотности и заданному объему дома.Плотность рассчитывается исходя из плотности ρ и объема м = ρV = (1,29 кг / м 3 ) (12,0 м × 18,0 м × 3,00 м) = 836 кг.
    2. Рассчитайте теплопередачу при изменении температуры воздуха: Q = mc Δ T так, чтобы Q = (836 кг) (1000 Дж / кг · ºC) (10,0ºC) = 8,36 × 10 6 Дж.
    3. Рассчитайте теплопередачу от тепла Q и время оборота t .{6} \ text {J}} {1800 \ text {s}} = 4,64 \ text {кВт} \\ [/ latex].
    Обсуждение

    Эта скорость передачи тепла равна мощности, потребляемой примерно сорока шестью лампочками мощностью 100 Вт. Вновь построенные дома рассчитаны на время оборота 2 часа или более, а не 30 минут для дома в этом примере. Обычно используются погодоустойчивые уплотнения, уплотнения и улучшенные оконные уплотнения. В очень холодном (или жарком) климате иногда принимаются более крайние меры для достижения жесткого стандарта, превышающего 6 часов на один оборот воздуха.Еще более продолжительное время оборота вредно для здоровья, потому что требуется минимальное количество свежего воздуха для подачи кислорода для дыхания и разбавления бытовых загрязнителей. Термин, используемый для процесса проникновения наружного воздуха в дом из трещин вокруг окон, дверей и фундамента, называется «проникновение воздуха».

    Холодный ветер более холодный, чем неподвижный холодный воздух, потому что конвекция в сочетании с проводимостью в теле увеличивает скорость передачи энергии от тела.В таблице ниже приведены приблизительные коэффициенты охлаждения ветром, которые представляют собой температуры неподвижного воздуха, обеспечивающие такую ​​же скорость охлаждения, как и воздух с заданной температурой и скоростью. Факторы охлаждения ветром являются ярким напоминанием о способности конвекции передавать тепло быстрее, чем теплопроводность. Например, ветер со скоростью 15,0 м / с при 0ºC имеет холодный эквивалент неподвижного воздуха при температуре около -18ºC.

    Таблица 1. Факторы охлаждения ветром
    Температура движущегося воздуха Скорость ветра (м / с)
    (ºC) 2 5 10 15 0
    5 3 -1 −8 −10 −12
    2 0 −7 −12 −16 −18
    0 −2 −9 −15 −18 −20
    −5 −7 −15 −22 −26 −29
    −10 −12 −21 −29 −34 −36
    −20 −23 −34 −44 −50 −52
    −10 −12 −21 −29 −34 −36
    −20 −23 −34 −44 −50 −52
    −40 −44 −59 −73 −82 −84

    Хотя воздух может быстро передавать тепло за счет конвекции, он является плохим проводником и, следовательно, хорошим изолятором.Количество доступного пространства для воздушного потока определяет, действует ли воздух как изолятор или проводник. Например, расстояние между внутренней и внешней стенами дома составляет около 9 см (3,5 дюйма) — достаточно для эффективной работы конвекции. Дополнительная изоляция стен предотвращает воздушный поток, поэтому потери (или получение) тепла уменьшаются. Точно так же зазор между двумя стеклами окна с двойным остеклением составляет около 1 см, что предотвращает конвекцию и использует низкую проводимость воздуха для предотвращения больших потерь.Мех, волокна и стекловолокно также используют преимущества низкой проводимости воздуха, удерживая его в пространствах, слишком малых для поддержания конвекции, как показано на рисунке. Мех и перья легкие и поэтому идеально подходят для защиты животных.

    Рис. 3. Мех наполнен воздухом, который разбивается на множество мелких карманов. Конвекция здесь очень медленная, потому что петли такие маленькие. Низкая проводимость воздуха делает мех очень хорошим легким изолятором.

    Некоторые интересные явления происходят , когда конвекция сопровождается фазовым переходом .Это позволяет нам охладиться потоотделением, даже если температура окружающего воздуха превышает температуру тела. Тепло от кожи требуется для испарения пота с кожи, но без потока воздуха воздух становится насыщенным и испарение прекращается. Воздушный поток, вызванный конвекцией, заменяет насыщенный воздух сухим, и испарение продолжается.

    Пример 2. Расчет потока массы во время конвекции: теплопередача пота от тела

    Средний человек в состоянии покоя выделяет тепло мощностью около 120 Вт.С какой скоростью должна испаряться вода из тела, чтобы избавиться от всей этой энергии? (Это испарение может происходить, когда человек сидит в тени и температура окружающей среды такая же, как температура кожи, что исключает передачу тепла другими методами.)

    Стратегия

    Энергия необходима для фазового перехода ( Q = мл v ). Таким образом, потери энергии в единицу времени составляют

    [латекс] \ displaystyle \ frac {Q} {t} = \ frac {mL _ {\ text {v}}} {t} = 120 \ text {W} = 120 \ text {J / s} \\ [/ латекс].

    Разделим обе части уравнения на L v и найдем, что масса, испарившаяся за единицу времени, равна [латекс] \ frac {m} {t} = \ frac {120 \ text {Дж / с}} { L _ {\ text {v}}} \\ [/ latex].

    Решение

    Вставьте значение скрытой теплоты из таблицы 1 в раздел «Фазовое изменение и скрытая теплота», л v = 2430 кДж / кг = 2430 Дж / г. Это дает

    [латекс] \ displaystyle \ frac {m} {t} = \ frac {120 \ text {J / s}} {2430 \ text {J / g}} = 0,0494 \ text {g / s} = 2,96 \ text {г / мин} \ [/ латекс]

    Обсуждение

    Испарение около 3 г / мин кажется разумным.Это будет около 180 г (около 7 унций) в час. Если воздух очень сухой, пот может испариться, даже если этого не заметят. Значительное количество испарений также происходит в легких и дыхательных путях.

    Рис. 4. Кучевые облака создаются водяным паром, поднимающимся из-за конвекции. Возникновение облаков происходит за счет механизма положительной обратной связи. (кредит: Майк Лав)

    Другой важный пример сочетания фазового перехода и конвекции происходит при испарении воды из океанов.При испарении воды тепло уходит из океана. Если водяной пар конденсируется в жидкие капли при образовании облаков, в атмосферу выделяется тепло. Таким образом, происходит общий перенос тепла от океана в атмосферу. Этот процесс является движущей силой грозовых облаков, тех огромных кучевых облаков, которые поднимаются на 20 км в стратосферу. Водяной пар, переносимый конвекцией, конденсируется, высвобождая огромное количество энергии. Эта энергия заставляет воздух расширяться и подниматься там, где он холоднее.В этих более холодных регионах происходит больше конденсации, что, в свою очередь, поднимает облако еще выше. Такой механизм называется положительной обратной связью, поскольку процесс усиливается и ускоряется.

    Рис. 5. Конвекция, сопровождающаяся фазовым переходом, высвобождает энергию, необходимую для того, чтобы загнать этот грозовой поток в стратосферу. (кредит: Херардо Гарсиа Моретти)

    Эти системы иногда вызывают сильные штормы с молниями и градом и представляют собой механизм, вызывающий ураганы (рис. 5).

    Движение айсбергов (рис. 6) — еще один пример конвекции, сопровождающейся фазовым переходом. Предположим, айсберг дрейфует из Гренландии в более теплые воды Атлантики. Тепло удаляется из теплой океанской воды, когда лед тает, и тепло передается на сушу, когда айсберг формируется на Гренландии.

    Рис. 6. Фазовое изменение, которое происходит при таянии этого айсберга, связано с огромной теплопередачей. (кредит: Доминик Алвес)

    Проверьте свое понимание

    Объясните, почему использование вентилятора летом дает ощущение свежести!

    Решение

    Использование вентилятора увеличивает поток воздуха: теплый воздух рядом с вашим телом заменяется более холодным воздухом из другого места.Конвекция увеличивает скорость теплопередачи, так что движущийся воздух «кажется» холоднее, чем неподвижный.

    Краткое содержание раздела

    Конвекция — это передача тепла за счет макроскопического движения массы. Конвекция может быть естественной или принудительной и обычно передает тепловую энергию быстрее, чем теплопроводность. В таблице 1 приведены коэффициенты охлаждения ветром, указывающие на то, что движущийся воздух имеет такой же охлаждающий эффект, как и более холодный стационарный воздух. Конвекция, возникающая вместе с фазовым переходом, может передавать энергию от холодных областей к теплым.

    Концептуальные вопросы

    1. Один из способов сделать камин более энергоэффективным — это использовать внешний воздух для сжигания топлива. Другой — обеспечить циркуляцию комнатного воздуха вокруг топки и обратно в комнату. Подробно опишите методы передачи тепла, используемые в каждом из них.
    2. Холодными ясными ночами лошади будут спать под покровом больших деревьев. Как это помогает им согреться?

    Задачи и упражнения

    1. При какой скорости ветра -10ºC воздух вызывает такой же холодный фактор, как и неподвижный воздух при -29ºC?
    2. При какой температуре неподвижный воздух вызывает такой же коэффициент охлаждения, как −5ºC, движущийся со скоростью 15 м / с?
    3. «Пар» над чашкой свежеприготовленного растворимого кофе — это на самом деле капли водяного пара, конденсирующиеся после испарения горячего кофе.Какова конечная температура 250 г горячего кофе при начальной температуре 90,0 ° C, если из него испаряется 2,00 г? Кофе находится в чашке из пенополистирола, поэтому другими методами передачи тепла можно пренебречь.
    4. (a) Сколько килограммов воды должно испариться женщиной с весом 60,0 кг, чтобы температура ее тела снизилась на 0,750 ° C? (b) Достаточно ли это количества воды для испарения в виде потоотделения, если относительная влажность окружающего воздуха низкая?
    5. В жаркий засушливый день испарение из озера имеет достаточно теплопередачи, чтобы уравновесить 1.00 кВт / м 2 поступающего тепла от Солнца. Какая масса воды испаряется за 1,00 ч с каждого квадратного метра?
    6. В один из зимних дней система климат-контроля в большом университетском здании вышла из строя. В результате каждую минуту вводится 500 м 3 лишнего холодного воздуха. С какой скоростью в киловаттах должна происходить теплопередача, чтобы нагреть этот воздух на 10,0ºC (то есть довести воздух до комнатной температуры)?
    7. Вулкан Килауэа на Гавайях — самый активный в мире, извергающий около 5 × 10 5 м 3 лавы 1200ºC в день.Какова скорость передачи тепла от Земли за счет конвекции, если эта лава имеет плотность 2700 кг / м 3 и в конечном итоге остывает до 30ºC? Предположим, что удельная теплоемкость лавы такая же, как у гранита.

      Рис. 7. Лавовый поток на вулкане Килауэа на Гавайях. (Источник: Дж. П. Итон, Геологическая служба США)

    8. Во время тяжелых упражнений тело перекачивает 2,00 л крови в минуту на поверхность, где она охлаждается до 2,00 ° C. Какова скорость теплопередачи от одной только этой принудительной конвекции, если предположить, что кровь имеет такую ​​же удельную теплоемкость, что и вода, и ее плотность составляет 1050 кг / м 3 ?
    9. Человек вдыхает и выдыхает 2.00 л воздуха 37,0ºC, испаряющего 4,00 × 10 −2 г воды из легких и дыхательных путей при каждом вдохе. а) Сколько тепла происходит за счет испарения при каждом вдохе? б) Какова скорость теплопередачи в ваттах, если человек дышит со средней скоростью 18,0 вдохов в минуту? (c) Если вдыхаемый воздух имел температуру 20,0 ° C, какова скорость теплопередачи для нагрева воздуха? (г) Обсудите общую скорость теплопередачи, поскольку она соотносится с типичной скоростью метаболизма.Будет ли это дыхание основной формой передачи тепла для этого человека?
    10. Стеклянный кофейник имеет круглое дно диаметром 9,00 см, контактирующее с нагревательным элементом, который поддерживает кофе в тепле с постоянной скоростью теплопередачи 50,0 Вт. (A) Какова температура дна кофейника, если он имеет толщину 3,00 мм и внутренняя температура 60,0ºC? (б) Если температура кофе остается постоянной и вся теплопередача устраняется испарением, сколько граммов в минуту испаряется? Принять теплоту испарения 2340 кДж / кг.

    Избранные решения проблем и упражнения

    1. 10 м / с

    3. 85,7ºC

    5. 1,48 кг

    7. 2 × 10 4 МВт

    9. (а) 97,2 Дж; (б) 29,2 Вт; (c) 9,49 Вт; (d) Общая скорость потери тепла составит 29,2 Вт + 9,49 Вт = 38,7 Вт. Во время сна наше тело потребляет 83 Вт энергии, в то время как сидя оно потребляет от 120 до 210 Вт. Следовательно, общая скорость потери тепла от дыхания не будет серьезной формой потери тепла для этого человека.

    Теплый пол — как работает и стоит ли это затрат?

    Если вы никогда не рассматривали вариант с лучистым подогревом пола, подумайте о ощущении теплого пола под ногами, когда температура на улице падает, и вас, возможно, убедят исследовать.

    Полы с подогревом также могут оказаться отличным выбором среди типов отопления, предлагаемых для вашего дома, потому что они могут быть более эффективными, чем некоторые альтернативные способы сохранения тепла в вашем доме, равномерного распределения тепла и могут улучшить внутреннюю среду для тем, кто страдает аллергией.

    Мы собрали всю необходимую информацию о системах водяного отопления и стоимости, а также советы экспертов, чтобы вы могли решить, подходит ли один из различных типов для вашего дома.

    Типы лучистого теплого пола

    Есть два типа систем лучистого теплого пола — иногда их называют просто напольным отоплением — вы можете выбирать из них. Первая — это электрическая версия, а вторая — гидронная, использующая воду. Имейте в виду, что есть также теплые полы с воздушным обогревом, но одна из этих систем не рекомендуется для дома.

    Как это работает? «Независимо от того, предпочитаете ли вы водяное или электрическое отопление под полом, концепция остается той же; полы с подогревом, и тепло передается в помещения наверху. «Масса пола, обычно плита, поглощает тепло, а затем мягко и равномерно передает его жителям дома за счет лучистой теплопередачи», — говорит Джо Крисара, инструктор по сантехнике и HVAC и основатель Service MVP.

    «При электрическом и водяном обогреве, чем толще плита, тем больше времени требуется на нагрев, но с более толстыми плитами тепло сохраняется и излучается дольше.’

    Если вы рассматриваете одну из этих систем теплого пола, помните о времени нагрева. «Лучистое тепло является наиболее эффективным, когда речь идет о поддержании тепла в течение длительных периодов времени, но оно очень неэффективно для немедленного изменения температуры», — объясняет Джо. «Это медленный и устойчивый нагрев, а не мгновенный нагрев».

    Гидравлические излучающие полы

    Гидравлические излучающие полы являются наиболее популярным, а также наиболее экономичным выбором для климата с преобладающим отоплением, согласно данным Министерства здравоохранения США. Энергия.

    «Для гидронных систем горячая вода (обычно от 85 до 130 градусов по Фаренгейту) подается через ряд трубок под готовым полом», — объясняет Дрю Мауро, менеджер по продажам Green Wave Distribution.

    Трубку можно заделать в бетон, но можно также прикрепить системы к черному полу. Что касается горячей воды, то она может подаваться от бойлера или теплового насоса.

    Одним из преимуществ гидронной системы является то, что ее можно зонировать для обеспечения максимального комфорта в различных зонах.

    Помните, что гидронная система лучше подходит, если вы строите новый дом, делаете капитальный ремонт или строите большую пристройку; он не подходит для небольшой площади. Также стоит знать? «Реабилитационные проекты поднимут уровень пола», — добавляет Джимми Джексон, стратегический советник по HVAC в YouthfulHome.com.

    Электрические лучистые полы

    Электрические теплые полы могут использовать нагревательные кабели, встроенные в пол, или маты на черновом полу с напольным покрытием, например плиткой выше.

    «Системы электрических проводов, кабелей и матов создают тепло, прикладывая линейное напряжение к тонкой медной проволоке (электрическое сопротивление)», — объясняет Дрю Мауро. «В отличие от гидравлических систем, кабельные системы подходят для небольших помещений и, как правило, менее дороги. Поскольку они работают при постоянных высоких температурах, системы проводных кабелей ограничиваются определенными типами готовых полов, таких как плитка или камень ».

    В альтернативной электрической системе для создания тепла используется углеродная пленка. «Эти системы могут охватывать большую площадь поверхности, чем кабельные системы, что приводит к большей энергоэффективности», — говорит Дрю.«Из-за более высокого покрытия поверхности углеродные пленочные системы работают при более низких температурах, что делает их более безопасными для таких материалов, как древесина твердых пород и ковры».

    Другой альтернативой электричеству являются углеродно-полимерные системы, в которых используются тонкие пластиковые маты. «Углеродно-полимерные системы могут саморегулироваться, они реагируют на изменения температуры, такие как солнечное излучение из окна или сквозняк из двери», — говорит Дрю. «Система увеличивает и уменьшает мощность по мере необходимости, что увеличивает энергоэффективность».

    Электрический подогрев пола может быть идеальным для установки, например, в ванной комнате, или для пристройки дома, где расширение существующей системы отопления было бы непрактичным.

    Сколько стоит установка водяного теплого пола?

    Стоимость лучистого теплого пола будет зависеть от выбранной вами системы.

    «Система на основе коврика для ванной может быть очень экономичной, от 4 до 5 долларов за квадратный фут. Сделай сам: для полноценной системы домашних ковриков, установленной профессионалом, вы будете стоить около 7 долларов; «Гидронные системы представляют собой индивидуальные решения, но обычно стоят от 8 до 20 долларов за квадратный фут», — говорит Райан Кочел, президент FLOOR360.

    Дорогой ли теплый пол в эксплуатации?

    Системы лучистого теплого пола обеспечивают преимущество в эффективности.«Излучающие системы не теряют энергию / тепло из-за утечек в воздуховодах, как системы с принудительной подачей воздуха», — говорит Джимми Джексон. «Остаточное тепло также будет продолжать излучаться после выключения излучающей системы».

    Однако эксплуатационные расходы зависят от ряда факторов. «Эти факторы включают в себя, насколько хорошо изолирован дом, количество или градусо-дней отопления в этом районе, стоимость топлива или электричества в этом районе и желаемое заданное значение температуры», — говорит Дрю Мауро.

    «Существует множество доступных калькуляторов операционных затрат, но будьте бдительны — каждый из этих калькуляторов делает основные предположения, и для потребителя важно знать, каковы эти предположения, поскольку они могут быть неприменимы.’

    Как долго прослужат полы с подогревом?

    Пол с подогревом может прослужить долго. «Многие электрические излучающие системы имеют гарантию на 15 лет, но могут прослужить намного дольше», — говорит Райан Кочел.

    Что касается водяных излучающих полов, срок службы труб может составлять 25 лет и более, но котел или другие части системы, скорее всего, потребуют замены раньше.

    Всегда проверяйте, какая гарантия предоставляется на систему теплого пола и ее элементы, прежде чем совершать покупку.

    Вам вредны полы с подогревом?

    Полы с подогревом не вредны для вас, а наоборот, могут улучшить жизнь некоторых людей в доме.

    «Системы принудительной подачи воздуха продувают воздух, пыль и аллергены по всему дому. По этой причине лучистое тепло может быть полезным для людей, страдающих аллергией », — говорит Джимми Джексон.

    Лучше всего теплый пол с плиткой?

    Напольная плитка — отличный выбор в качестве напольного покрытия. «Поскольку большинство плиток, таких как керамика и фарфор, обладают теплопроводными свойствами, они отлично переносят и удерживают тепло, что делает их идеальной поверхностью пола для системы отопления», — говорит Рид Джонсон из Jackson Tile Installation.Плитка из натурального камня — тоже вариант.

    Но, хотя это и не так эффективно, другие напольные покрытия, такие как винил, ламинат, паркетная доска и даже ковер, могут быть подходящими. Однако не забудьте проверить, распространяется ли гарантия на полы с подогревом пола.

    Конвертер коэффициента теплопередачи

    • Термодинамика — Тепло • Компактный калькулятор • Онлайн-конвертеры единиц Конвертер углового преобразованияПреобразователь топливной эффективности, расхода топлива и экономии топливаКонвертер чиселПреобразователь единиц информации и хранения данныхКурсы валютЖенская одежда и размеры обувиМужская одежда и размеры обувиКонвертер угловой скорости и частоты вращенияКонвертер ускоренияКонвертер углового ускоренияПреобразователь плотностиПреобразователь удельной мощностиПреобразователь удельной энергии Конвертер удельной энергии сгорания (на единицу массы) Конвертер удельной энергии и теплоты сгорания (на единицу объема) Температура Конвертер интервалов измеренияПреобразователь коэффициента теплового расширенияКонвертер термического сопротивленияКонвертер теплопроводностиКонвертер удельной теплоемкостиКонвертер плотности тепла, плотности пожарной нагрузкиКонвертер плотности теплового потокаКонвертер коэффициентов теплопередачиКонвертер объёмного расходаКонвертер массового расходаКонвертер молярного расходаКонвертер массового потока (Конвертер абсолютной концентрации) Конвертер вязкости Конвертер натяженияПроницаемость, проницаемость, проницаемость водяного параКонвертер скорости передачи водяных паровКонвертер уровня звукаКонвертер чувствительности микрофонаКонвертер уровня звукового давления (SPL) Конвертер уровня звукового давления с выбираемым эталонным давлениемКонвертер яркостиПреобразователь световой интенсивностиПреобразователь яркостиЦифровой преобразователь разрешения изображенияПреобразователь частоты и длины волныОптическая мощность (диоптрическая мощность) Конвертер диоптрии) в увеличение (X) Конвертер электрического зарядаЛинейный преобразователь плотности зарядаПреобразователь поверхностной плотности зарядаПреобразователь объёмной плотности зарядаПреобразователь электрического токаЛинейный преобразователь плотности токаПреобразователь плотности поверхностного токаПреобразователь напряженности электрического поляПреобразователь электрического потенциала и напряженияПреобразователь электрического сопротивленияПреобразователь удельного электрического сопротивленияПреобразователь электрической проводимости в дБПреобразователь электрической проводимости Ватты и другие единицы измеренияПреобразователь магнитодвижущей силыПреобразователь напряженности магнитного поляПреобразователь магнитного потокаПреобразователь плотности магнитного потокаМощность поглощенной дозы излучения, Конвертер мощности суммарной дозы ионизирующего излученияРадиоактивность.Преобразователь радиоактивного распада Преобразователь радиационного воздействияРадиация. Конвертер поглощенной дозы Конвертер метрических префиксов Конвертер передачи данных Конвертер единиц типографии и цифровых изображений Конвертер единиц измерения объема древесиныКалькулятор молярной массыПериодическая таблица

    Теплообменник испарителя оконного кондиционера сделан из алюминия с медными трубками.

    Обзор

    Когда два объекта или вещества имеют разные температуры, тепло перетекает от более горячего объекта к более холодному.Если есть разница температур в окружающей среде или веществе, происходит то же самое. Этот теплообмен называется теплопередачей и описывается вторым законом термодинамики. Степень теплопередачи в данном материале равна коэффициенту теплопередачи . Это влияет на общую скорость теплопередачи объекта или вещества. Коэффициент теплопередачи измеряется в системе СИ в ваттах на квадратный метр по Кельвину или Вт / (м² · K), а иногда и в эквивалентных единицах ватт на квадратный метр градусов Цельсия или Вт / (м² · ° C).

    Фазовое изменение: при воздействии тепла на лед он переходит из твердого состояния в жидкое, превращаясь в воду.

    Обычно эта теплопередача происходит, когда вещество меняет свое состояние, например, при переходе из твердого состояния в жидкое. Этот процесс также известен как изменение фазы . Тепло — одно из условий, необходимых для фазовых переходов. Например, повышение температуры заставит лед таять и разжижаться, а вода — испаряться и превращаться в газ. В этом случае внешнее тепло, например тепловое излучение от огня, передается льду или воде, и энергия заставляет молекулы двигаться быстрее, пока они не начнут двигаться так быстро, что они изменят состояние вещества.Коэффициент теплопередачи рассчитывается в контексте этой теплопередачи.

    Конвекционный эксперимент. Небольшую емкость с горячей цветной водой опускают в стакан с холодной водой. Молекулы горячей воды поднимаются вверх и смешиваются с холодной водой.

    Теплообмен может также происходить посредством конвекции в жидкости или газе — движение тела теплых молекул в более холодную окружающую среду. Некоторые примеры конвекции включают движение горячей воды в кастрюле от нагревательного элемента и вверх.Это движение заставляет холодную воду опускаться к нагревательному элементу, заставляя его нагреваться и подниматься. Результатом этого движения является циркуляция воды в горшке, что способствует нагреву воды во всем горшке. В условиях невесомости вода не циркулирует таким образом, и ее необходимо перемешивать мешалкой.

    Надувание воздушного шара. Поскольку температура горячего воздуха в воздушном шаре понижается в холодном воздухе, его необходимо часто повторно нагревать с горелкой, расположенной под открытой оболочкой воздушного шара.Воспроизведено с разрешения автора.

    Воздух в помещении ведет себя аналогичным образом: горячий воздух циркулирует по комнате вдали от обогревателя. Это позволяет горячему воздуху смешиваться с холодным. Циркуляция также заставляет холодный воздух проходить рядом с обогревателем и нагреваться, что еще больше способствует перемешиванию воздуха.

    Движение горячего воздуха вверх также позволяет пожарным работать в горящем помещении. Тепло от огня поднимается вверх, и пожарные могут заползти в комнату, чтобы спасти людей, которые там оказались в ловушке.

    Чтобы воздушный шар парил в воздухе, воздух внутри воздушного шара (называемый оболочкой) должен быть горячим. Он очень быстро остывает, потому что тонкий нейлон, из которого сделан конверт, действительно хорошо проводит тепло. Было бы полезно иметь изоляцию, но тогда воздушный шар имел бы гораздо больший объем и его было бы трудно транспортировать в спущенном состоянии. Если расходы на транспортировку вырастут, увеличатся и расходы на полет на воздушном шаре, что может привести к потере прибыли операторами.

    Коэффициенты теплопередачи для различных материалов

    Высокий коэффициент теплопередачи материала показывает, что теплопередача в этом материале происходит с большей скоростью по сравнению с материалами с низким коэффициентом.Расчет коэффициента теплопередачи зависит от свойств материала, температуры, площади поверхности, передающей тепло, и других условий.

    Этот оконный кондиционер является типичным примером машины, в которой используются два очень эффективных теплообменника. В кондиционерах используется функция фазового преобразования. Когда жидкость превращается из жидкой фазы в газовую, она поглощает огромное количество тепла. Когда хладагент испаряется, он забирает тепло из охлаждаемого помещения.

    На коэффициент теплопередачи может повлиять накопление нежелательных остатков на поверхности объекта, называемое засорением . Загрязнение труб и теплообменников часто происходит, когда в протекающих веществах содержатся инородные биологические, органические или неорганические материалы, и эти материалы прикрепляются к поверхности объекта. К ним относятся водоросли, коррозия, мелкие частицы твердых частиц, растворенных в жидкостях, и т. Д. В некоторых случаях эти материалы не являются посторонними, а представляют собой ингредиенты, содержащиеся в жидкости, например соли, смешанные с водой.

    Материалы для компонентов теплообменников, которые должны либо проводить, либо противостоять теплу, часто выбираются на основе их теплопроводности. Однако иногда выбираются менее эффективные материалы из-за других важных соображений, таких как цена материалов и технологичность компонентов, для которых они используются. Например, алюминий имеет более низкую теплопроводность по сравнению с медью, но первый дешевле, и в настоящее время он широко используется для изготовления автомобильных радиаторов.Так было не всегда — старые автомобили имели медные радиаторы, и некоторые компании до сих пор их производят.

    Конденсаторный теплообменник оконного кондиционера. Когда этот конденсатор охлаждается вентилятором, газообразный хладагент конденсируется и меняет свою фазу на жидкую. Теплообмен в этом случае происходит с внешней средой.

    Еще одним недостатком использования меди, помимо ее цены, является то, что она тяжелее по сравнению с алюминием, что может быть или не иметь значения, в зависимости от ряда факторов, например, от того, нужна ли водителю машина для гонок.Принимая решение о том, какие материалы выбрать, для автомобильных радиаторов или других, важно учитывать все плюсы и минусы использования данного материала, а не только его теплопроводность.

    Приложения

    Иногда полезно определить общий коэффициент теплопередачи данного объекта и проверить, увеличивает ли это значение изменение материалов, из которых он сделан. Например, можно проверить, обеспечивает ли труба, сделанная из меди, лучший или худший коэффициент теплопередачи, чем труба из стали, при использовании горячего воздуха, проталкиваемого через трубу, или, например, при использовании с горячей водой.

    Теплообменники

    Коэффициент теплопередачи важен в теплообменниках . Это устройства, которые обеспечивают среду для передачи тепла между двумя разными веществами или материалами. Некоторые распространенные примеры — обогреватели и радиаторы, такие как автомобильные радиаторы. Их свойства определяются их формой. Они могли состоять из нескольких пластин, системы труб или иметь другую форму. Хорошим примером применяемого в быту теплообменника является домашний радиатор обогревателя .Он состоит из трубы, многократно изогнутой, а иногда и из насоса. Окружающий воздух нагревается горячей водой, которая проходит через него, хотя в некоторых случаях вместо него используется пар. С паром легче работать, потому что в отличие от воды он не требует насоса, а в высоких зданиях также легче использовать пар, чем водяные радиаторы. Однако с паровыми радиаторами потери тепла выше.

    Радиатор обычно крепится к стене или помещается внутри пола. Последний тип известен как полы с подогревом .Часто это более эффективно, но, возможно, и более затратно, и его нелегко установить в уже построенных домах. Как правило, он устанавливается по мере строительства дома. Такие системы распространены в Центральной и Северной Европе, а также в некоторых азиатских странах, особенно в Корее, но очень немногие строители в Северной Америке используют полы с подогревом.

    Изоляция обычно размещается под системами теплого пола, чтобы свести к минимуму утечку тепла. Дом также должен быть хорошо изолирован.Поверх утеплителя часто заливают бетон или специальную смесь цемента и песка, называемую стяжкой (Великобритания). В системах подпольного покрытия обычно используется только вода, а не пар, а в некоторых случаях также используются незамерзающие смеси. Эти системы также можно использовать для охлаждения.

    Хотя настенный радиатор не зависит от типа пола, используемого в комнате, обогреватели пола могут работать не так эффективно с некоторыми видами деревянных и виниловых полов. Каменный или керамический пол предпочтителен, хотя некоторые производители делают винил и дерево, которые эффективны и безопасны для использования с теплыми полами.

    Утверждается, что пол с подогревом является энергоэффективным, поскольку он позволяет горячему воздуху естественным образом подниматься с пола через комнату, а температуры, которые обычно необходимы для обеспечения комфорта, на несколько градусов ниже, чем те, которые необходимы для помещений, отапливаемых настенными радиаторами. Более высокие температуры на уровне пола, особенно коврового покрытия, убивают некоторые бактерии, клещей и плесень. Одним из недостатков этого типа обогрева является то, что для достижения желаемой температуры требуется больше времени по сравнению с некоторыми другими видами обогрева.

    Температура кипения жидкого азота (77 K или −196 ° C, или −321 ° F) является предпочтительной температурой для хранения образцов в криоконсервации

    Криоконсервация

    Наука о сохранении тканей человека, криоконсервация, также использует тепло расчет коэффициента передачи, чтобы гарантировать, что клеточные мембраны не будут повреждены льдом во время процесса замораживания. Ученые, которые замораживают ткани, постоянно ищут способы создать идеальные условия, обеспечивающие высокую теплопередачу и быстрое охлаждение, чтобы предотвратить образование льда внутри и между клетками.Чтобы добиться этого, исследователи манипулируют охлаждающими материалами и методами охлаждения, например, используя смесь твердых и жидких охлаждающих агентов. Один из методов консервации, называемый стеклованием, превращает жидкости в аморфный лед, полужидкий лед, который не кристаллизируется и может изменять свою форму легче, чем твердый лед. Благодаря этому свойству он не повреждает клетки механически. Криоконсервация представляет особый интерес для медицинских работников, которые сохраняют женские репродуктивные клетки, сперму и эмбрионы, которые впоследствии могут быть использованы для оплодотворения in vitro .

    Наконец, информация о коэффициенте теплопередачи материалов помогает при оценке общей теплопередачи электронных компонентов и устройств, используемых для их охлаждения. Важно убедиться, что используются правильные данные о коэффициенте теплопередачи, чтобы избежать ошибок в расчетах, которые могут привести к перегреву и сбоям в работе таких устройств.

    В строительстве

    Желтые гипсовые панели, покрытые стекловолоконными матами, используются в этом здании пекарни для изоляции.На правой стороне здания панель покрыта полистиролом и, вероятно, позже будет декорирована, чтобы напоминать камень.

    Деревянный каркасный дом в стадии строительства в Миссиссаге, Онтарио

    При строительстве, как правило, важно ограничить теплопередачу между внешней средой и внутренней частью дома, и материалы выбираются с учетом этой потребности. Материалы с низкой теплопередачей называются изоляторами. Их широко используют при строительстве домов.Исторически сложилось так, что природные материалы, такие как камень, использовались и используются до сих пор, но во многих странах более популярны промышленные материалы, такие как гипсовые панели, покрытые стекловолоконными матами. В частности, эти панели широко используются при строительстве домов на каркасной основе. Этот метод известен как обрамление и популярен в Северной Америке и некоторых странах Северной Европы.

    Такие панели обычно покрывают полистиролом, а под ним добавляют дополнительную изоляцию, например, минеральной или стекловатой.Эта конструкция хорошо изолирует дом, поскольку ее теплоизоляционные свойства не уступают каменным. В холодном и жарком климате деревянные каркасные дома требуют отопления зимой и кондиционирования летом, в то время как каменные дома удобны для людей в аналогичных условиях без кондиционера. Однако для того, чтобы камень остыл или нагрелся, требуется больше времени, поэтому, если в каменном доме требуется охлаждение или обогрев, то для обогрева или охлаждения такого дома требуется намного больше времени по сравнению с деревянным каркасом. .

    Фанерный дом под крыльцо в стадии строительства

    К преимуществам использования таких материалов можно отнести невысокую стоимость, а также малый вес. Небольшой вес дома предотвращает проблемы, вызванные более тяжелыми каменными домами, такими как давление и смещение неровной почвы под ним и вызывающая оседание фундамента. Обратной стороной является то, что если здание подвергнется урагану, интенсивность которого выше, чем позволяет проект, то эта изоляция будет повреждена, и ее изоляционные качества ухудшатся.

    Та же фанерная веранда, отделанная и похожая на каменную

    Список литературы

    Эту статью написала Екатерина Юрий

    У вас возникли трудности с переводом единицы измерения на другой язык? Помощь доступна! Задайте свой вопрос в TCTerms , и вы получите ответ от опытных технических переводчиков в считанные минуты.

    Анализ тепловых характеристик конструкции железобетонного пола с системой теплого пола в многоквартирном доме

    Использование эластичных материалов в системах теплого пола железобетонного пола в многоквартирном доме тесно связано с уменьшением шума от удара пола и потери тепловой энергии.В этом исследовании изучалась теплопроводность пенополистирола (EPS), используемого в качестве упругого материала в Южной Корее, и анализировалась теплопередача железобетонной конструкции пола в соответствии с теплопроводностью упругих материалов. Для измерения теплопроводности использовалось 82 образца EPS. Измеренная кажущаяся плотность упругих материалов EPS составляет от 9,5 до 63,0 кг / м 3 , а теплопроводность — от 0,030 до 0,046 Вт / (м · К).По мере увеличения плотности упругих материалов из пенополистирола теплопроводность имеет тенденцию пропорционально уменьшаться. Чтобы установить разумные требования к теплоизоляции для систем теплого пола, необходимо определить термические свойства конструкции пола в соответствии с теплоизоляционными материалами. Моделирование теплопередачи было выполнено для анализа температуры поверхности, потерь тепла и теплового потока конструкции пола с системой лучистого отопления. По мере увеличения теплопроводности эластичного материала EPS 1.В 6 раз теплопотери увеличились на 3,4%.

    1. Введение

    В Корее многоквартирные дома занимали самую высокую долю — 86,4% жилых домов. На многоквартирные дома приходится более 50% всех типов жилья, и с 1990-х годов были построены многоэтажные многоквартирные дома выше 15 этажей, иногда 30 этажей, чтобы эффективно использовать относительно небольшую земельную площадь (99 373 км 2 ). Корея с высокой плотностью населения [1]. Некоторые домохозяйства живут по соседству друг с другом, разделенные только стеной или полом.Поскольку одна железобетонная плита разделяет домохозяйства в квартирах, ударный шум пола и потери тепла сверху могут быть легко перенесены в дом внизу и за пределы дома. Так что есть много проблем, связанных с теплоизоляцией и звукоизоляцией. В частности, звук удара пола вызывает раздражение у жителей и вызывает множество жалоб в жилых домах, например, в квартирах. Энергия для отопления помещений и нагрева воды — это наибольшее потребление энергии в жилых зданиях.

    Конструкция железобетонного пола с системой лучистого теплого пола (ONDOL) традиционно используется для жилых домов в Корее [2, 3]. Эта конструкция пола из железобетона (ЖБИ) состоит из железобетонной плиты, изоляционного слоя с упругими материалами, слоя лучистого теплого пола, слоя аккумулирования тепла и материалов для отделки пола. Горячая вода из бойлера подается по пластиковой трубе в слое лучистого теплого пола под поверхностью пола.Горячая вода циркулирует по встроенной пластиковой трубе, нагревая пол для обогрева помещения. Установка упругих материалов между бетонной плитой и слоем лучистого теплого пола в системе лучистого теплого пола известна как самый популярный метод снижения ударного шума пола и потерь тепла в жилых домах в Корее. Обычно толщина упругих материалов составляет 10–20 мм.

    Использование эластичных материалов в системах напольного отопления тесно связано с уменьшением ударного шума пола и потерь тепловой энергии.В Корее теплоизоляционные характеристики ограждающих конструкций здания просто включают в себя толщину изоляционных материалов и свойства теплопередачи систем стен и полов по регионам [4, 5]. Конструкция пола в многоквартирных домах должна обладать определенными характеристиками шума от пола (легкий ударный звук составляет 58 дБ или меньше, а тяжелый ударный звук составляет 50 дБ или меньше) и термического сопротивления (1,23 м 2 K / Вт). В предыдущем исследовании Kim et al. [1] опубликовали исследование, в котором утверждается, что по мере уменьшения динамической жесткости упругих материалов уровень звука удара в пол в системе подогрева пола также снижался.Была корреляция между динамической жесткостью и ударным звуком тяжелого веса. Jeong et al. [6] измерили теплопроводность и плотность упругих материалов и исследовали их корреляцию. Но не было исследований, которые бы пытались проанализировать теплопередачу конструкции пола из ж / б с системой лучистого теплого пола как тепловое свойство упругих материалов.

    Было проведено несколько исследований эффектов теплопередачи и методов анализа в области энергетики зданий.Сонг [2] рекомендовал выбирать материалы для отделки полов над системой подогрева пола в Корее по тепловому потоку, исходя из тепловой нагрузки, и они должны быть теплофизиологически комфортными. Ли и др. [3] опубликовали исследование, показывающее, что тонкие панели пола с повышенным тепловым КПД в системе лучистого теплого пола обеспечивают снижение энергии на 7,2% по сравнению с традиционными деревянными панелями пола в многоквартирных домах. Лю и др. [7] разработали двухпотоковую модель существующего процесса теплопередачи для внутриплитного теплого пола.Исследование Jin et al. [8] представляет метод расчета температуры поверхности пола в системе водяного отопления / охлаждения на основе численной модели. Ларби [9] представляет регрессионные модели коэффициента теплопередачи для трех типов строительных стен (стык перекрытия и стены, стык перекрытия и стены и стык кровля-стена) 2D тепловых мостов. Теодосиу и Пападопулос [10] рекомендовали, чтобы тепловые мосты не учитывались в процедуре расчета потребности зданий в энергии; фактические тепловые потери в таких зданиях до 35% выше первоначально предполагаемых.Song et al. [11] проанализировали теплопередачу через тепловой мост стыка стена-плита на годовые потери тепла в многоквартирных домах с трехмерным моделированием переходной теплопередачи. Кайнаклы [12] провел исследование влияния различных параметров на оптимальную толщину изоляции для наружных стен с учетом затрат и экономии энергии.

    В этом исследовании изучается теплопроводность упругого материала, используемого в конструкции пола из ж / б с системами лучистого теплого пола в Корее, и проводится анализ теплопередачи систем пола в соответствии с теплопроводностью упругих материалов в многоквартирном доме.

    2. Материалы и методы
    2.1. Подготовка образца

    Упругие материалы, которые в настоящее время используются в Корее, изготовлены из пенополистирола (EPS), вспененного полипропилена (EPP), уретана, сополимера этилена и винилацетата (EVA), полиэтилена (PE), стекловаты (GW), минеральная вата (MW), экструдированный полистирол (XPS), экструдированные полиэфирные волокна и другие композитные материалы [1, 5]. Упругим материалом, который использовался для измерений в этом исследовании, был пенополистирол (EPS), который широко используется в Южной Корее в качестве строительного изоляционного материала.Пенополистирол — это термопласт, который получают путем сплавления небольших шариков материала. Обычно он белый и сделан из бусин из предварительно вспененного полистирола. Это жесткая и прочная конструкция с закрытыми ячейками, достаточно прочная для использования во многих приложениях [13].

    В этом исследовании были собраны упругие материалы EPS, которые продавались на рынке строительных материалов Южной Кореи с 2008 по 2010 годы. Из 93 испытательных образцов, собранных в этом исследовании, 82 пенопласта из упругого материала EPS были окончательно отобраны и использовались для проверки теплопроводности. .В этом исследовании были подготовлены образцы для испытаний, размеры которых составляли 300 × 300 мм на плоской доске, а их толщина составляла 20 мм, 30 мм, 50 мм и 90 мм. Для каждой толщины были испытаны по три образца. Им позволили стабилизировать гидротермальные условия при лабораторной температуре (20 ° C) в течение 3 дней. Все испытуемые образцы были протестированы через 3 дня в этом исследовании.

    Исследование под микроскопом проводилось с использованием поляризационного микроскопа для фотографирования состояния поверхности испытуемого образца.Мы наблюдали за состоянием поверхности и формой ячеек пенопласта из эластичного пенополистирола. Изображение под микроскопом типичного пенополистирола показано на рисунке 1. Как показано на этом рисунке, упругий материал EPS имеет гладкую поверхность, однородную структуру и структуру с закрытыми ячейками. Эта структура с закрытыми ячейками действует как теплоизолятор.

    2.2. Экспериментальный тест

    Методы измерения, применяемые для проверки теплопроводности в этом исследовании, — это метод KS L 9016 [14] для измерения теплопроводности изолятора и ISO 8301 [15].Измерения проводились методом теплового расходомера (HFM, рис. 2 (а)). Средняя температура для измерения теплопроводности составляла 20 ± 1 ° C. Результатом измерения значения теплопроводности было среднее значение трех образцов одинаковой толщины. Объем и вес образцов измеряли с помощью цифрового микрометра (рис. 2 (b)) с разрешением 0,001 мм, а кажущуюся плотность измеряли с помощью цифровой шкалы (рис. 2 (c)) с разрешением 0,001 г. Кажущуюся плотность можно определить с помощью веса, основанного на единице объема, если образец для испытаний включает кожуру во время производства.Во время проведения экспериментов испытательное оборудование и образцы для испытаний выдерживают в условиях окружающей среды при температуре 23 ± 2 ° C и относительной влажности 50 ± 5%.

    2.3. Численное моделирование

    Конфигурация материалов конструкции пола была смоделирована на основе типового пола [4, 16], применимого к большинству домов в Южной Корее. Типичная конструкция пола из железобетона для дома состоит из четырех слоев: отделочного слоя, слоя обогрева, слоя изоляции и слоя конструкции.Нагревательный слой имеет теплоаккумулирующий слой и трубу для горячей воды в виде пластиковой трубы. Для этого численного моделирования конструкции пола представляли собой пол из ПВХ (мм), цементный раствор (мм), трубу для горячей воды, легкий бетон (мм), упругий материал (мм) и железобетонную плиту толщиной 210 ​​мм. Для обогрева помещения была установлена ​​труба диаметром 15 мм с узким шагом 230 мм в цементном растворе толщиной 40 мм. Геометрическая модель и конфигурация материала представлены на рисунке 3. В таблице 1 показаны тепловые характеристики каждого строительного материала.Как показано в таблице 1, значение теплопроводности упругого материала было получено из результатов эксперимента, который проводился в этом исследовании.

    68 39 0,16 687.18

    Материал Толщина Плотность Теплопроводность
    (мм) (кг / м W / (кг / м) W / 3 915 м16) )

    Пол из листов ПВХ 2 1,500 0.19
    Цементный раствор 40 2,000 1,4
    Труба горячего водоснабжения 15 930 0,324
    9216 9216 Упругий материал 20 9,5–63
    Бетон 210 2,240 1,6
    Гипсовая плита 9


    Для анализа тепловых характеристик напольных систем использовалось программное обеспечение Physibel, поскольку оно позволяет анализировать стационарный режим теплопередачи. Программа Physibel TRISCO предназначена для моделирования теплопередачи с упором на строительную физику [17]. Эта программа позволяет рассчитывать трехмерный (3D) установившийся теплообмен на основе метода конечных разностей в объектах, описываемых в прямоугольной сетке.Таким образом, он вычисляет распределение теплового потока и температуры в установившемся режиме через сетку. Эта программа позволяет моделировать в полном соответствии со стандартом EN ISO 10211-1 [18]. На Рисунке 3 (b) показана имитационная модель, а на Рисунке 3 (c) показано вертикальное сечение стыков между наружной стеной и железобетонным полом и конструкции из материалов. Моделирование проводилось на основе модели размером 2,0 м (высота) × 1,2 м (ширина) × 1,0 м (глубина), которая определяет средний этаж многоквартирного дома в Корее.Трехмерное моделирование неустановившейся теплопередачи было выполнено с интервалом временного шага 30 минут. Параметры расчета для моделирования показаны в Таблице 2.

    16 Максимальное число 16

    Параметр Присвоенное значение

    Интервал временного шага 2
    910 910 30 минут итераций 10,000
    Максимальный перепад температур 0.0001 ° C
    Расхождение теплового потока для всего объекта 0,001%
    Расхождение теплового потока для наихудшего узла 1%
    Теплопроводность упругого материала в полу 0,029, 0,031, 0,037 0,046 Вт / (м · К)

    Граничные условия задаются как температура поверхности на внешней и внутренней границах, а на периферии стены и пола налагается адиабатическое условие.Материалы каждого слоя в этом исследовании однородны, а параметры свойств остаются неизменными. Температура окружающей среды была выбрана в соответствии с фактической температурой наружного воздуха (° C) и температурой отопления помещения (° C) в зимний сезон в Южной Корее. Температура горячей воды составляла 60 ° C, которая поступала в трубу горячей воды в нагревательном слое системы пола. Скорость горячей воды в трубе была установлена ​​на уровне 3 л / мин. Заданная температура для обогрева помещения составляла 20 ° C. Все факторы окружающей среды контролировались в идеальных тепловых и физиологических условиях.

    3. Результаты и обсуждение
    3.1. Плотность и теплопроводность эластичного материала EPS

    Измеренная кажущаяся плотность эластичного материала EPS составляла от 9,5 до 63,0 кг / м 3 , а теплопроводность — от 0,030 до 0,046 Вт / (м · К). На рисунке 4 показана корреляция между теплопроводностью и кажущейся плотностью. Как показано на Рисунке 4, измеренная теплопроводность и плотность показывают линейную корреляцию, где — теплопроводность и плотность упругих материалов EPS.На этой пунктирной линии взрывчатые вещества имеют коэффициент корреляции 0,786. Результаты эксперимента показали тесную корреляцию между кажущейся плотностью и теплопроводностью. По мере увеличения плотности упругих материалов из пенополистирола теплопроводность имеет тенденцию к пропорциональному снижению. Получившаяся пунктирная линия имела наклон, который быстро уменьшался в сторону высокой плотности.


    На основании этих результатов было установлено, что плотность является важным фактором тепловых свойств упругих материалов, которые используются в системах перекрытий жилых домов.Чтобы предотвратить большие потери тепла из системы полов из-за разницы температур в помещении и на открытом воздухе, строительные изоляционные материалы должны выбираться на основе соотношения между плотностью и теплопроводностью. Но при той же плотности теплопроводность изменялась из-за других факторов, влияющих на тепловые свойства, то есть физическая структура ячеек материалов варьировалась в зависимости от метода производства, размера и типа внутренних воздушных зазоров, излучаемого тепла. скорость потока и т. д.

    3.2. Характеристики теплопередачи

    Было проведено численное моделирование для исследования влияния и характеристик теплопередачи системы лучистого теплого пола на основе теплопроводности упругого материала. В методе моделирования использовалось установившееся состояние модели теплового баланса, основанное на самой низкой внешней температуре окружающей среды, а значения теплопроводности упругого материала EPS были максимальным, минимальным, средним и медианным.

    В таблице 3 и на рисунке 5 приведены результаты численного моделирования. Как показано в Таблице 3, количество потерь тепла в каждом случае зависело от тепловых свойств упругого материала EPS. Поскольку теплопроводность упругого материала EPS увеличилась в 1,6 раза, потери тепла в системе теплого пола увеличились на 3,4%. На рис. 5 показано распределение температуры и картина теплового потока при самой низкой внешней температуре. Из рисунка 5 видно, что потеря тепла произошла из трубы теплоносителя в системе лучистого теплого пола, которая предназначалась для обогрева пространства во внешней конструкции.Теплопотери произошли в стыке Ж / Б пола и внешней стены. Причина теплопотерь — тепловой мост железобетонной конструкции перекрытия в многоквартирном доме. Зависимость от теплопроводности упругого материала EPS была снижена, а изоляционные свойства пола были увеличены. Поскольку поток теплового потока через стык между стеной и полом снижается по направлению к внешней стене, потери тепла уменьшаются. Понятно, что теплопроводность упругого материала конструкции пола из Ж / Б с системами лучистого теплого пола в многоквартирном доме в Корее может быть важным фактором.

    % %

    2

    87,0737 0,07 70

    Теплопроводность Теплопотери Коэффициент экономии
    (Вт / (м · К)) 1668 (Вт) 1668 (Вт)
    Чехол 0,029 46,83 3,4
    Чехол 0,031 47,07 2,9
    2,9
    1,6
    Корпус 0,046 48,46 0,0


    В Корее энергосберегающее и звуковое проектирование жилых домов должно соответствовать кодексу энергосбережения и звукоизоляции квартир. Этот код требует, чтобы конструкция пола из ж / б с системой лучистого теплого пола имела значение тепловых характеристик меньше или равное 0,81 Вт / (м 2 · K). Коэффициент теплопроводности упругого материала EPS в конструкции пола должен быть менее 0.031 Вт / (м · К), как в данном исследовании. Если теплопроводность упругого материала EPS более 0,31 Вт / (м · К) как для корпуса, так и для корпуса, толщина упругого материала EPS также должна быть более 20 мм. Корпус (Вт / (м · К)) должен иметь толщину 24 мм, а корпус (Вт / (м · К)) должен быть толщиной более 30 мм, чтобы сохранить код конструкции.

    4. Выводы

    Мы исследуем изменения теплопроводности типичных упругих материалов, пенополистирола, в зависимости от их кажущейся плотности.Из результатов мы получаем эмпирическую формулу, которая имеет соотношение между теплопроводностью и плотностью. Чтобы установить разумные требования к теплоизоляции для систем теплого пола из железобетона, необходимо выяснить свойство теплопередачи систем пола в соответствии с характеристиками теплоизоляции. Таким образом, моделирование теплопередачи было выполнено для анализа температуры поверхности и теплопотерь конструкции пола с помощью системы лучистого теплого пола.

    Упругие материалы — пенополистирол; по мере увеличения плотности теплопроводность имела тенденцию к уменьшению. Результаты эксперимента показали корреляционное выражение между теплопроводностью и плотностью, что позволило определить подходящие изоляционные материалы и их теплопроводность в соответствии с энергетическим кодексом здания. Когда изоляционные материалы устанавливаются в стенах, полах и крышах здания для предотвращения потерь тепла и снижения шума в зданиях, материалы должны использоваться с учетом не только физических свойств материалов, но и их тепловых свойств [6 ].Исследование показало, что проводимость упругих материалов в конструкции железобетонного пола с системой лучистого теплого пола влияет на энергосбережение.

    Тепловые характеристики играют важную роль в тепловых потерях здания. Относительная важность тепловых мостов возрастает в энергетическом балансе недавних зданий с высокой изоляцией [19]. Результаты моделирования показали, что температуры внешней поверхности и внутренней поверхности стыковых частей части теплового моста и нормальной части существенно различаются в конструкции пола.Таким образом, упругие материалы на трубе горячей воды в системе лучистого теплого пола являются важным фактором не только для снижения уровня шума от удара пола, но и для предотвращения потерь тепла на отопление помещения.

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

    Анализ эффективности накопления тепла в системе водяного теплого пола с молекулами PCM

    . 2019 Apr; 24 (7): 1352.

    JinChul Park

    1 Департамент архитектуры, Университет Чунг-Анг, Сеул 156-756, Корея; [email protected]

    ТэВон Ким

    2 Кафедра инженерной архитектуры, Высшая школа Университета Чунг-Анг, Сеул 156-756, Корея

    Ана Инес Фернандес Ренна, академический редактор

    1 Департамент Архитектура, Университет Чунг-Анг, Сеул 156-756, Корея; [email protected]

    2 Департамент архитектурной инженерии, Высшая школа Университета Чунг-Анг, Сеул 156-756, Корея

    Поступило 28 февраля 2019 г .; Принята в печать 2 апреля 2019 г.

    Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья представляет собой статью в открытом доступе, распространяемую в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution (CC BY) (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

    Abstract

    В этом исследовании впервые были рассмотрены предыдущие исследования систем теплого пола, основанные на установке материала с фазовым переходом (PCM) и текущее состояние технических разработок, и было обнаружено, что исследования на основе PCM все еще находятся в зачаточном состоянии. В частности, улучшение характеристик аккумулирования тепла в полу в помещениях путем комбинирования ПКМ с существующими конструкциями пола не являлось предметом предыдущих исследований.Таким образом, новинкой можно считать систему лучистого теплого пола на основе ПКМ, в которой в качестве источника тепла используется горячая вода, которую можно использовать в сочетании с широко распространенным методом влажного строительства. Это исследование показало, что наиболее подходящая температура плавления ПКМ для предлагаемой системы лучистого теплого пола на основе ПКМ составляет примерно от 35 ° C до 45 ° C для пола толщиной 70 мм и толщиной ПКМ 10 мм. Результаты макетных испытаний, которые были нацелены на оценку производительности системы лучистого теплого пола с PCM и без него, показали, что комната на основе PCM способна поддерживать температуру, равную 0.На 2 ° C выше, чем в комнате без PCM. Это произошло из-за повышения температуры, вызванного теплоемкостью PCM, и выбросом отработанного тепла, которое в противном случае терялось на нижней стороне трубы горячей воды, когда PCM отсутствовал.

    Ключевые слова: материал с фазовым переходом, система лучистого напольного отопления, аккумулирование тепла, испытание на макете

    1. Введение

    Рамочная конвенция Организации Объединенных Наций об изменении климата — международная организация, созданная для решения проблемы глобального изменения климата — нацелена на сокращение выбросов парниковых газов — одна из приоритетных задач последних лет.На основе дорожной карты добровольного сокращения выбросов парниковых газов ряд развитых и развивающихся стран, включая те, которые еще не участвовали в существующих мероприятиях по сокращению выбросов, согласились сократить выбросы парниковых газов на 40-70% к 2050 году и постепенно декарбонизировать означает снижение средней глобальной температуры на 1,5–2,0 ° C [1].

    В свете этого Южная Корея поставила цель к 2030 году сократить выбросы парниковых газов на 37% по сравнению с обычным уровнем деятельности и попыталась добиться сокращения выбросов парниковых газов путем разработки новой энергетической политики во всех секторах [2].Особую озабоченность вызывают выбросы парниковых газов из зданий, на которые приходится 23% всех выбросов парниковых газов, при этом выбросы парниковых газов от тепловой энергии, в частности, генерируют 54% этих выбросов в жилых и нежилых районах, соответственно [3].

    В большинстве квартир в Южной Корее используется система подогрева пола, основанная на горячей воде и бетонных плитах: эта система накапливает тепловую энергию в полу, используя горячую воду, подаваемую от бойлера, и излучает тепло от поверхности пола для обогрева помещения [4 , 5].Наиболее часто используемые теплоаккумулирующие материалы для пола — это автоклавный легкий бетон и строительный раствор, которые размещаются над и под трубами горячей воды, таким образом сохраняя тепло и продлевая время нагрева. Однако эти материалы обладают низкой способностью аккумулировать тепло, поэтому обычно требуется большое количество горячей воды и энергии [6].

    Таким образом, это исследование направлено на анализ эффективности аккумулирования тепла после добавления материала с фазовым переходом (PCM) в традиционную систему лучистого теплого пола.Во-первых, были проанализированы предыдущие исследования систем лучистого теплого пола PCM. Затем была разработана система лучистого теплого пола на основе ПКМ, подходящая для многоквартирного дома в Корее, и был рассчитан оптимальный диапазон температуры плавления ПКМ для этой системы. После этого был построен макет, который включал эталонную комнату и комнату с установленным PCM, и были проведены испытания для проверки производительности предложенной системы лучистого теплого пола на основе PCM.

    2. Анализ предыдущих исследований

    В ряде предыдущих исследований предлагались системы лучистого теплого пола на основе ПКМ и сообщались результаты испытаний.Например, Юн [7] экспериментально доказал применимость новой системы возобновляемой энергии для подогрева полов, в то время как Юн [8] предложил систему подачи горячей воды с использованием солнечной тепловой и геотермальной системы для обогрева полов в зданиях с использованием разнонаправленных клапанов и тепловые насосы. Компания Isone Industry Co. Ltd. разработала деревянный пол для аккумулирования тепла с использованием ПКМ и труб для горячей воды, который был построен путем сборки модульного материала отделки пола из ПКМ [9]. Lin et al. [10] изготовили PCM со стабилизированной формой (SSPCM) в форме пластин и разработали систему лучистого теплого пола, использующую ночное электричество.Cheng et al. оценили тепловые характеристики и снижение энергопотребления системы лучистого теплого пола с использованием PCM с усиленной теплопроводностью и стабилизацией формы (HCE-SSPCM) [11]. Jin et al. [12] вставил в бетон трубы с холодной и горячей водой, чтобы они действовали в качестве источника тепла и охлаждения для системы лучистого теплого пола на основе ПКМ, и проверил производительность этой системы с помощью экспериментов. Чжоу и др. [13] оценили производительность системы теплого пола, в которой были применены ПКМ и капиллярные электрические маты, в зависимости от типа материала для аккумулирования тепла и типа источника тепла.Хуанг и др. [14] предложили гибридную систему лучистого теплого пола на основе ПКМ, которая объединила систему лучистого теплого пола на основе ПКМ и солнечную систему горячего водоснабжения, использующую новую и возобновляемую энергию, и оценила ее тепловые характеристики. Корпорация Mitsubishi, Япония, разработала систему лучистого теплого пола с использованием скрытой теплоты PCM для жилых и офисных зданий [15]. Компания Negishi Industry Co., Ltd., Япония, разработала систему лучистого теплого пола на основе ПКМ с использованием методов сухого и влажного строительства и спроектировала систему в основном для деревянных домов [16].Пилотное исследование системы теплого пола с использованием PCM было проведено компанией «P» в Великобритании (PCM Ltd, Northants, UK, 2017). Это была гибридная система, сочетающая солнечную водную систему с конструкцией пола, в которую вставлялся ПКМ через полиэтиленовые трубки. [17].

    Исследования, связанные с PCM, и текущее состояние технологии, изложенные выше, показывают, что теоретические и проверочные исследования, связанные с PCM, все еще находятся на начальной стадии. В частности, исследования по повышению энергоэффективности в помещениях за счет объединения PCM и существующей конструкции пола еще не проводились.Южная Корея обычно использует методы мокрого строительства полов, в то время как другие страны склонны использовать сухое строительство. Таким образом, преобладают системы напольного отопления на основе ПКМ, использующие электрический источник тепла или построенные путем введения ПКМ в конструкцию пола с помощью сухих методов. Кроме того, ранее не проводились исследования систем на основе ПКМ, использующих тепло, выделяемое трубами горячего водоснабжения. Даже когда был предложен метод мокрого строительства, предыдущие исследования предполагали большую разницу в методах эксплуатации или предлагали электрический источник тепла.В некоторых странах используются системы лучистого теплого пола PCM естественного или промышленного типа, основанные на сухих методах или источниках электрического тепла.

    Таким образом, в настоящем исследовании предлагается система лучистого теплого пола на основе ПКМ, которую можно использовать в сочетании с существующим методом мокрого строительства. В этой системе используется PCM, который действует как высокоэффективный теплоаккумулирующий материал в рамках традиционной конструкции пола, имеющей только зоны ощутимого тепла [18]. Основываясь на приведенном выше анализе, предлагаемую в этом исследовании систему лучистого теплого пола PCM, в которой используется горячая вода и которую можно использовать с мокрым строительством, можно считать новой.

    3. Проектирование системы водяного теплого пола на основе ПКМ и определение оптимального диапазона температур плавления ПКМ

    3.1. Сводка

    обобщает динамику теплопередачи системы теплого пола, содержащей PCM в корейском корпусе. При отключении подачи тепла в системе водяного теплого пола без PCM температура поверхности быстро снижается, что приводит к непрерывной работе контроллера котла (). Однако система подогрева пола с PCM может поддерживать температуру в комнате даже после прекращения подачи горячей воды, потому что тепловая энергия от горячей воды сохраняется в PCM в виде скрытого тепла ().

    Тепловыделение системы теплого пола, содержащей материал с фазовым переходом (PCM).

    Подача горячей воды с течением времени для системы теплого пола без ПКМ.

    Подача горячей воды с течением времени для системы теплого пола с ПКМ.

    3.2. Конструкция системы лучистого теплого пола на основе ПКМ

    Система лучистого теплого пола на основе ПКМ, предложенная в данном исследовании, состояла из бетонной плиты толщиной 210 ​​мм, амортизирующего материала толщиной 20 мм, легкого материала, изготовленного в автоклаве толщиной 40 мм. бетон и раствор толщиной 40 мм ().Это соответствует существующим стандартным критериям толщины конструкции пола в Корее. PCM был помещен в автоклавный слой легкого бетона под трубой горячей воды для хранения отработанного тепла, которое в противном случае было бы потеряно из трубы, тем самым улучшая общие характеристики аккумулирования тепла в существующих автоклавированных слоях легкого бетона и раствора.

    Проект предлагаемой конструкции системы лучистого теплого пола на основе ПКМ.

    Эта конструкция также практична и удобна тем, что она совместима с существующими методами строительства: она не требует дополнительных процессов, за исключением замены автоклавного легкого бетона раствором и вставки ПКМ.Кроме того, поскольку плотность заменяющего раствора и PCM выше, чем у легкого бетона, обработанного в автоклаве, ожидается, что предлагаемая система будет соответствовать существующим стандартам, касающимся регулирования звуков тяжелых и легких ударов.

    Место установки PCM в системе теплого пола в этом исследовании было определено путем первых испытаний в двух местах: рядом с трубой отопления и под ней. Это предварительное испытание показало, что последнее расположение было лучше, чем первое, поскольку теплопередача в трубе с горячей водой была более эффективной в вертикальном направлении, чем в горизонтальном.

    3.3. Определение оптимального диапазона температур плавления PCM

    Для любой системы лучистого теплого пола на основе PCM необходимо установить комфортную температуру в помещении и на поверхности пола. Таким образом, необходимо рассчитать диапазон температур, который учитывает взаимосвязь между температурой плавления PCM и температурой поверхности в помещении и на поверхности пола. Этот расчет сначала определяет теплотворную способность PCMQindoor для воздуха в помещении из PCM в областях, излучающих скрытое тепло, и затем это используется для получения температуры раствора и поверхности пола Tmortar и Tunderfloor, соответственно, которые можно сравнить с установленными условиями.Таким образом, на отопительный период в квартирах следует определять комфортную температуру в помещении и на поверхности пола. В Стандартах проектирования энергосбережения в зданиях № 2017-71, выпущенных Министерством земли, инфраструктуры и транспорта Кореи, предложены критерии температуры и влажности в помещении для расчета мощности охлаждающих и обогревательных сооружений (Приложение 8). Критерии температуры в помещении в этом документе предполагают диапазон от 20 до 22 ° C, поэтому высокая температура 22 ° C была выбрана в качестве комфортной температуры в помещении для предлагаемой системы.

    Для теплостойкости (Runderfloor) конвекцией и излучением от поверхности пола при расчете скорости теплопередачи использовались справочные значения сопротивления теплопередачи внутренней и внешней поверхности, как это было предложено энергосберегающей конструкцией здания. Таким образом, общее сопротивление теплопередаче на поверхности пола в многоквартирном доме (0,717 ° C / Вт) было разделено на площадь поверхности модуля пола (0,086 м 2 · ° C / Вт) (Национальное министерство наземного транспорта, 2017).Таким образом, общее тепловое сопротивление (R) пола в сочетании с тепловым сопротивлением каждого материала и поверхности пола было рассчитано и составило 1,875 ° C / Вт. Кроме того, температура плавления ПКМ (TPCM) была установлена ​​вручную, поскольку для этого не было доступного отдельного метода расчета. Поскольку комнатная температура была установлена ​​на уровне 22 ° C, температура PCM должна быть выше, чем установка для комнатной температуры, чтобы тепло передавалось с пола в комнату. Исходя из этого, TPCM изначально была установлена ​​на 23 ° C, т.е.е., на 1 ° C выше, чем комнатная температура, и она повышалась с интервалами в 1 ° C до максимального значения 52 ° C (). Затем было рассчитано скрытое тепловыделение ПКМ и температура поверхности раствора и пола с использованием уравнений (1) — (3) соответственно.

    Tmortar = TPCM– [PCMQindoor] · Rmortar

    (1)

    Tmortar = TPCM− [PCMQindoor] · Rmortar

    (2)

    Tunderfloor = Tmortar−

    67 ·

    Rmortar- [PCMQindex2] Rmortar: Сопротивление теплопроводности раствора (° C / W) Rfinishing: Теплопроводное сопротивление отделочного раствора (° C / W) Runderfloor: Convective сопротивления поверхность пола (° C / Вт) R: Общее теплопроводное сопротивление конструкции пола (° C / Вт) TPCM: Представляет температуру плавления (° C) Tindoor: Температура в помещении (° C) PCMQindoor: Количество тепла, подаваемого PCM в помещении (Вт) Tmortar: Температура поверхности раствора (° C) 93 072 Tunderfloor: Температура поверхности пола (° C)

    Таблица 1

    Результаты расчета скрытого тепловыделения ПКМ, температуры раствора и температуры поверхности пола.

    9315 9315 22,7 5 1,875 23,1 5 0,7155 26,0 9315 9315 9315 9165 9165 52 9315 9315 9315 9165 6 27,4 6 27,4 6 27,4 6 27,4 65 9,1 65 9165 65 9165 65 9165 6 30,8 65 31,9 65 31,9 65 31,9 65 31,65165 6 33,1 6 33,1
    Rmortar (° C / W) Rfinishing (° C / W) Runderfloor (° C / W) R (° C / W) TPCM (° C) Tindoor ( ° C) PCMQindoor (W) Tmortar (° C) Tunderfloor (° C)
    0,637 0,521 0,717 1,875 9165 0,717 1,875 9165 1,875 22,4
    0,637 0.521 0,717 1,875 24 22 1,1 23,3 22,8
    0,637 0,521 0,637 0,521 0,717
    0,717 1,875 0,717 1,875
    0,637 0,521 0,717 1,875 26 22 2,1 24,6 23,5
    0.637 0,521 0,717 1,875 27 22 2,7 25,3 23,9
    0,637 0,521
    0,521 0,715 52 0,521 0,715 52 24,3
    0,637 0,521 0,717 1,875 29 22 3,7 26,6 24.7
    0,637 0,521 0,717 1,875 30 22 4,3 27,3 25,1 27,3 25,1
    0,63721
    0,63721
    0,63721 4,8 27,9 25,4
    0,637 0,521 0,717 1,875 32 22 5,3 28.6 25,8
    0,637 0,521 0,717 1,875 33 22 5,9 29,3 26,2 29,3 26,2
    2 9315 9315
    2 22 6,4 29,9 26,6
    0,637 0,521 0,717 1,875 35 22 6.9 30,6 27,0
    0,637 0,521 0,717 1,875 36 22 7,5 31,2
    31,2
    31,2
    37 22 8,0 31,9 27,7
    0,637 0,521 0,717 1,875 38 22 8.5 32,6 28,1
    0,637 0,521 0,717 1,875 39 22 9,1 33,2
    33,2
    33,2
    40 22 9,6 33,9 28,9
    0,637 0,521 0,717 1,875 41 22 1 34,5 29,3
    0,637 0,521 0,717 1,875 42 22 10,7 35,2
    35,2 16 29,6 35,2 16 29,6 43 22 11,2 35,9 30,0
    0,637 0,521 0,717 1,875 44 22 7 36,5 30,4
    0,637 0,521 0,717 1,875 45 22 12,3 37,2 165165 37,2
    37,2 16 30,8 46 22 12,8 37,8 31,2
    0,637 0,521 0,717 1,875 47 22 3 38,5 31,6
    0,637 0,521 0,717 1,875 48 22 13,9 39,2
    39,2
    39,2
    39,2
    49 22 14,4 39,8 32,3
    0,637 0,521 0,717 1,875 50 22 9 40,5 32,7
    0,637 0,521 0,717 1,875 51 22 15,5 41,1
    41,1
    41,1
    52 22 16,0 41,8 33,5

    Температура плавления PCM, при которой температура в помещении составила 22 ° C, а температура поверхности пола 28–30 ° C была рассчитана и установлена. при 35–45 ° C с погрешностью ± 1 ° C ().Таким образом, когда теплоаккумулирующий слой пола состоял из раствора толщиной 70 мм и ПКМ толщиной 10 мм, было обнаружено, что наиболее подходящей температурой плавления ПКМ для системы лучистого напольного отопления, предложенной в этом исследовании для создания комфортных температур в помещении, является в диапазоне от 35 до 45 ° C.

    Температура раствора и поверхности пола в зависимости от изменений температуры плавления PCM.

    4. Макетные испытания системы теплого пола ПКМ

    4.1. Строительство испытательной комнаты для макета

    Испытательная комната для макета была построена внутри помещения в соответствии со стандартной структурой пола, предложенной Министерством земли, инфраструктуры и транспорта Кореи для сравнения и проверки характеристик лучистого напольного отопления. система с PCM и без него.Помещение для испытаний показано на, а краткое изложение построенного макета представлено на. Комнаты были разделены на две части, каждая из которых имела этаж, соответствующий требованиям стандартной конструкции этажей. Площадь и объем каждой комнаты составляли 3,6 м 2 и 10,6 м 3 соответственно, и каждая комната была спроектирована таким образом, чтобы иметь достаточно места для отдельного взрослого, чтобы он мог заниматься обычными делами. Стены помещения имели изоляционный слой толщиной 200 мм для блокировки теплообмена с внешней средой, а внешние условия (в том числе внешняя температура ~ 20 ° C, регулируемая искусственным климатом лаборатории) поддерживались постоянными () .

    3D визуализация макетов комнат.

    Таблица 2

    Характеристики модельных помещений, на которых проводились испытания предлагаемой системы теплого пола.

    Размер комнаты 2,2 м × 2 м × 2,4 м (ширина × длина × высота)
    Объем помещения 10,6 м 3
    Площадь 7,2 м 2 (3,6 м 2 на место)
    Внешние условия Идентичный (домашний макет)
    Состав комнаты Помещение 1 (общее): общий пол с подогревом
    Помещение 2 (нижнее): основание трубы PCM (RT42)

    Пол был разделен на четыре области для повышения точности измерения данных до были построены комнаты, установлены датчики температуры в каждой из этих зон и рассчитано среднее значение.Датчики были установлены на верхней поверхности трубы горячего водоснабжения, подаваемой в каждую комнату, на верхней поверхности ПКМ, на поверхности панели пола и на высоте 1200 мм от поверхности пола (т.е. на средней высоте дыхания человека). измерить температуру воздуха. Схема конструкции пола и расположение установленных датчиков температуры показаны на и.

    Расположение датчиков в традиционной системе лучистого отопления.

    Расположение датчиков в системе лучистого отопления на основе PCM.

    представляет физические свойства ПКМ, нанесенного на систему теплого пола для испытания на макете.

    Таблица 3

    Физические свойства PCM применительно к системе напольного отопления.

    Конфигурация Детали
    Компоненты Запатентованная смесь кошерных ингредиентов на растительной основе, полученных из растительных масел, таких как жирные кислоты, жирные спирты, жирные эфиры и их производные, а также любая комбинация ранее упомянутых продуктов, перечисленных в списке общих признанных безопасных (GRAS) FDA не содержащие нефтепродуктов или животных жиров.
    Физические и химические свойства Внешний вид: Бесцветная жидкость (выше точки плавления)
    Относительная плотность: 0,85–0,90 г / мл при 45 ° C
    Точка плавления: 42 ° C (107,6 ° F)
    Точка кипения: > 250 ° C (482 ° F)
    Растворимость в воде: не растворим
    Температура вспышки:> 110 ° C (230 ° F)
    Температура самовоспламенения: не воспламеняется

    4.2. Определение оптимального объема упаковки для PCM

    Была рассчитана теплотворная способность, подаваемая в PCM из трубы горячей воды. Было определено, что это минимальное количество тепла, необходимое для полного плавления ПКМ во время ежедневной работы (т. Е. Восьми часов) котла. Для расчета этого значения учитывались температура трубы горячей воды, температура PCM, время накопления тепла и накопление тепла PCM. Накопление тепла в PCM составляло 165 кДж / кг на основании отчета о результатах тестирования PCM, предоставленного производителем.

    Уравнение (4) было рассчитано для определения количества тепла, передаваемого от вставленного трубопровода горячей воды к PCM, на основе времени накопления тепла и накопления тепла PCM. Термическое сопротивление трубопровода горячей воды не было включено в расчет из-за желания разработать обобщенную формулу расчета и с учетом разнообразия доступных материалов трубопровода горячей воды. Уравнение (5) использовалось для расчета времени накопления тепла и количества тепла, полученного с использованием полученных значений.

    Теплоаккумулятор PCM, рассчитанный с использованием описанного выше метода, составил 3376 кДж, поэтому оптимальная мощность PCM была определена как 20 кг / комната.

    Q: Количество тепла, переданного от трубы горячей воды к PCM [Вт]
    Tpipe: Температура трубы горячей воды [° C]
    TPCM: Температура PCM [° C]
    Hst: Время накопления тепла [ч]
    PCMtc: Тепловая емкость PCM [кДж]
    Раствор: Термическое сопротивление раствора [° C / Вт]

    PCM перемещается между жидким и твердым состояниями в процессе фазового перехода.Таким образом, необходимо было предотвратить утечку ПКМ, поэтому ПКМ был полностью герметизирован с помощью вакуумной упаковки. Полиэтиленовая смола, алюминиевые листы или трубы обычно используются для удержания ПКМ, когда он вставляется в конструкцию пола (Mitsubishi Ltd., Фукуока, Япония, 2017). В данном исследовании был выбран тонкопленочный алюминий с коэффициентом теплопроводности ~ 237 Вт / м 2 ° C, благодаря его адгезии к строительному раствору, способности выдерживать высокие давления, низкой внутренней коррозии и высокой теплопроводности. .Используемый алюминий очень тонкий (0,05 мм), поэтому он мало влияет на общую толщину конструкции пола.

    Воздух вокруг PCM был удален в процессе вакуумной упаковки, уменьшив объем, а затем открывшаяся упаковка была запечатана с использованием двойной горячей проволоки при температуре выше 200 ° C. показывает окончательный вид и размер пакетов PCM.

    Изображения упаковки ПКМ.

    4.3. График работы водогрейного котла

    График работы водогрейного котла был установлен на основе типичного семейства из четырех ().Котел работал только тогда, когда жители были дома и в часы сна. Как показано на рисунке, котел был включен с 18:00 до 23:00, то есть за один час до сна, и снова с 3:00 до 6:00, в общей сложности восемь часов в день. Температура горячей воды в обоих модельных помещениях была установлена ​​на уровне 55 ° C.

    Таблица 4

    Схема работы водогрейного котла.

    Условия Для семьи из четырех человек с работой / школой
    Расписание 08: 00–18: 00 Никто дома
    18: 00–24: 00 Мероприятие
    24: 00–08: 00 Перед сном
    Температура воды 55 ° С Продолжительность Дважды по 8 часов всего

    Таблица 5

    График работы водогрейного котла.

    9133 18 ч
    Время 9 ч ​​ 10 ч 11 ч 12 ч 13 ч 14 ч 15 ч 16 ч 17 ч 20 ч 21 ч 22 ч 23 ч 24 ч 1 ч 2 ч 3 ч 4 ч 5 ч 6 ч 7 ч 8 ч
    Операция ВЫКЛ ВКЛ ВЫКЛ ВКЛ ВЫКЛ

    Датчики температуры были установлены на верхней поверхности трубы горячего водоснабжения в каждой комнате, на верхней поверхности ПКМ и на панели пола поверхность.Датчики, используемые для измерения температуры, представляли собой термопары Т-типа (T0.32-Y-W-15), и измерения проводились каждую минуту с использованием Midi Logger GL820 от Graphtec. подробно описано расположение установленных датчиков температуры. Измерялась только температура верхней поверхности ПКМ, потому что энергия аккумулирования тепла, теряемая нижней поверхностью, считалась слишком минимальной, чтобы влиять на температуру поверхности пола.

    Таблица 6

    Положение датчика температуры для каждого слоя.

    Положение датчика температуры
    Комната 1 Труба горячей воды Поверхность панели пола В помещении (1200 мм)
    Комната 2 Труба горячей воды Поверхность панели пола Внутри (1200 мм) PCM (42 ° C)

    5. Результаты

    5.1. Температура на верхней поверхности трубы горячего водоснабжения

    Температура на верхней поверхности трубы горячей воды при работающем котле составляла 0.В среднем на 2 ° C ниже в помещении 2, содержащем ПКМ, чем в помещении 1 (без ПКМ). Однако температура через восемь часов после выключения котла была на 1 ° C выше в помещении 2 (с PCM, 30,8 ° C), чем в помещении 1 (без PCM, 29,8 ° C). Это связано с эффектом аккумулирования тепла PCM (и).

    Температура горячей воды на поверхности трубы с течением времени.

    Таблица 7

    Температура на верхней поверхности трубы горячего водоснабжения.

    00
    Комната 1 Комната 2 Время Эксплуатация
    26.4 ° C 26,3 ° C 18:00 ВКЛ
    50,5 ° C 50,2 ° C 19:00
    55,1 ° C 54,7 ° C 20:00
    45,0 ° C 44,9 ° C 21:00
    50,5 ° C 50,4 ° C 22:00
    43,1 ° C 42,915 ° C 42,915 ° C ВЫКЛ.
    35,3 ° C 35.3 ° C 24:00
    33,1 ° C 33,4 ° C 1:00
    31,9 ° C 32,2 ° C 2:00
    54,3 ° C
    54,3 ° C
    54,3 ° C 54,0 ° C 3:00 ВКЛ
    44,2 ° C 44,1 ° C 4:00
    50,0 ° C 49,8 ° C 5:00
    9 43,5 ° C 43,6 ° C 6:00 ВЫКЛ.
    35.8 ° C 36,2 ° C 7:00
    33,5 ° C 34,3 ° C 8:00
    32,5 ° C 33,1 ° C 9:00
    31,7 ° C 32,3 ° C 10:00
    31,1 ° C 31,9 ° C 11:00
    30,6 ° C 31,5 ° C 12:00
    30,2 ° C 31,2 ° C 13:00
    29.8 ° C 30,8 ° C 14:00

    5.2. Температура на верхней поверхности PCM

    Температура на верхней поверхности PCM была измерена для комнаты 2 на основе PCM. Температура на верхней поверхности PCM повысилась с 26,5 ° C до включения котла. до 35,8 ° C через пять часов. Кроме того, температура PCM оставалась на уровне выше 34 ° C через четыре часа после выключения котла. Кроме того, температура на верхней поверхности PCM увеличилась до 38.5 ° C при повторном включении котла (и).

    Температура на верхней поверхности PCM с течением времени.

    Таблица 8

    Температура на верхней поверхности PCM.

    34,636 34,636 ° C
    Комната 2 Время Эксплуатация
    26,5 ° C 18:00 ON
    28,8 ° C 16 19:00 16 19:00 20:00
    33.0 ° C 21:00
    34,7 ° C 22:00
    35,8 ° C 23:00 ВЫКЛ
    35,7 ° C 24:00
    35,1 ° C 1:00
    34,7 ° C 2:00
    34,7 ° C 3:00 ВКЛ
    36,2 ° C 4:00
    37,6 ° C 5:00
    38.5 ° C 6:00 ВЫКЛ
    38,2 ° C 7:00
    37,6 ° C 8:00
    36,8 ° C 9:00
    36,3 ° C 10:00
    35,7 ° C 11:00
    35,3 ° C 12:00
    35,0 ° C 13:00
    13:00
    14:00

    5.3. Температура поверхности пола

    Сравнивались температуры поверхности пола комнаты 1 (без PCM) и комнаты 2 (с PCM); Было обнаружено, что в комнате 2 была постоянно более высокая температура, чем в комнате 1, в среднем на 0,5–0,8 ° C. Комната 2 поддерживала эту более высокую температуру даже после выключения котла из-за эффекта накопления тепла PCM (и).

    Температура поверхности пола с течением времени.

    Таблица 9

    Температура поверхности пола.

    Комната 1 Комната 2 Время Эксплуатация
    26.1 ° C 26,0 ° C 18:00 ВКЛ
    27,5 ° C 27,5 ° C 19:00
    29,2 ° C 29,6 ° C 20:00
    30,6 ° C 31,0 ° C 21:00
    31,6 ° C 31,9 ° C 22:00
    32,2 ° C 32155 231652 00 ВЫКЛ.
    31,9 ° C 32.3 ° C 24:00
    31,2 ° C 31,6 ° C 1:00
    30,5 ° C 31,0 ° C 2:00
    29,9 ° C
    29,9 ° C 30,5 ° C 3:00 ВКЛ
    31,1 ° C 31,8 ° C 4:00
    32,0 ° C 32,8 ° C 5:00
    9 32,7 ° C 33,5 ° C 6:00 ВЫКЛ.
    32.3 ° C 33,1 ° C 7:00
    31,7 ° C 32,4 ° C 8:00
    31,1 ° C 31,8 ° C 9:00
    30,5 ° C 31,3 ° C 10:00
    30,1 ° C 30,9 ° C 11:00
    29,7 ° C 30,5 ° C 12:00
    29,5 ° C 30,3 ° C 13:00
    29.1 ° C 29,9 ° C 14:00

    5.4. Температура воздуха в помещении

    Температура воздуха в помещении, которая была измерена на высоте 1200 мм над поверхностью пола, была в среднем на 0,2 ° C выше в помещении с установленным PCM (комната 2; в среднем 28,5 ° C), чем в помещении 1 (без PCM). ). В помещении 2 было на 0,3 ° C выше в среднем через четыре часа после прекращения работы котла (и).

    Изменение температуры воздуха в помещении с течением времени.

    Таблица 10

    Температура воздуха в помещении.

    26.31536 93,29 9165 ° 261536 93,2 C 00
    Комната 1 Комната 2 Время Эксплуатация
    26,0 ° C 26,0 ° C 18:00 ВКЛ
    19:00
    26,9 ° C 26,8 ° C 20:00
    27,5 ° C 27,5 ° C 21:00
    28,0155 28,0155 28,0155 28,0155 28,0155 ° C 22:00
    28.3 ° C 28,5 ° C 23:00 ВЫКЛ
    28,4 ° C 28,7 ° C 24:00
    28,4 ° C 28,7 ° C 1:00
    28,2 ° C 28,5 ° C 2:00
    27,9 ° C 28,3 ° C 3:00 ON
    28,3 ° C 28,516 ° C 4:00
    28,7 ° C 28,9 ° C 5:00
    29.1 ° C 29,3 ° C 6:00 ВЫКЛ.
    29,2 ° C 29,4 ° C 7:00
    29,0 ° C 29,3 ° C 8:00
    28,8 ° C 29,2 ° C 9:00
    28,6 ° C 29,0 ° C 10:00
    28,5 ° C 28,915 ° C 28,915 ° C
    28,4 ° C 28,8 ° C 12:00
    28.3 ° C 28,7 ° C 13:00
    28,1 ° C 28,5 ° C 14:00

    Экспериментальные результаты подтвердили, что в помещении с установленным PCM поддерживаются температуры выше, чем сделал номер без ПКМ. В частности, верхняя поверхность ПКМ поддерживала температуру выше 36 ° C через четыре часа после выключения котла, что было более чем на 2 ° C выше, чем в другом помещении.

    Это означает, что конструкция пола, содержащая PCM, имела больший запас тепла, таким образом постоянно поддерживая более высокую температуру как на поверхности пола, так и в воздухе.Вышеуказанные результаты были связаны с накоплением PCM и последующим выделением отработанного тепла, которое в противном случае терялось с нижней поверхности трубы для горячей воды.

    6. Обсуждение и выводы

    В этом исследовании PCM был применен к существующей системе лучистого теплого пола, и были проанализированы характеристики аккумулирования тепла PCM. Результаты исследования можно резюмировать следующим образом. Во-первых, предыдущие исследования технических разработок систем напольного отопления на основе ПКМ были проанализированы, и было обнаружено, что попытки улучшения характеристик аккумулирования тепла в полу в помещениях путем объединения ПКМ с существующими конструкциями пола не предпринимались.Таким образом, в настоящем исследовании предложена система лучистого теплого пола на основе ПКМ с горячей водой в качестве источника тепла, которую можно использовать в сочетании с широко распространенным в Корее методом мокрого строительства. Это исследование показало, что наиболее подходящая температура плавления ПКМ для предлагаемой системы лучистого теплого пола на основе ПКМ составляет 35–45 ° C для пола толщиной 70 мм и толщиной ПКМ 10 мм. Испытание на макете, цель которого — оценить производительность системы лучистого теплого пола с PCM и без него, показало, что комната с PCM может поддерживать температуру 0 ° C.На 2 ° C выше, чем в комнате без PCM. Это произошло из-за повышения температуры, вызванного теплоемкостью PCM, и выбросом отработанного тепла, которое в противном случае терялось на нижней стороне трубы горячей воды в отсутствие PCM.

    Однако, поскольку важные переменные, такие как солнечное излучение через окна, поток воздуха в помещении и лучистое тепло внутреннего освещения, были исключены из расчетов, температура плавления ПКМ, указанная в этом исследовании, может отличаться от фактической оптимальной температуры плавления ПКМ.Кроме того, для установки ПКМ в конструкции теплого пола использовалась тонкопленочная (0,05 мм) алюминиевая упаковка. Однако эта тонкопленочная алюминиевая упаковка имеет низкую теплопроводность, поэтому в будущем следует подумать о выборе упаковочных материалов с высокой теплопроводностью.

    В данном исследовании использовался ПКМ RT-44 (Rubitherm ® ), член семейства н-парафиновых ПКМ, который имеет постоянную температуру от 35 до 45 ° C. После импорта ПКМ производятся в Корее в виде единичных модулей, и их цена остается высокой по сравнению с тепловыми аккумуляторами — около 40 долларов за литр.Однако, если учитывать экологические издержки, такие как производство парниковых газов, системы PCM представляют собой экономически жизнеспособный вариант. В результате этого исследования ожидается, что использование материалов PCM в системах лучистого обогрева полов поможет создать комфортную внутреннюю среду за счет снижения резких колебаний температуры в помещении за счет эффекта аккумулирования тепла.

    Вклад авторов

    Концептуализация, J.P. and T.K .; методология, Т.К .; проверка, J.П.; формальный анализ, Т.К .; расследование, Т.К .; ресурсы, Т.К .; курирование данных, Т.К .; письмо — подготовка оригинального черновика, J.P .; написание — просмотр и редактирование, Т.К .; визуализация, Т.К .; наблюдение, J.P .; администрация проекта, J.P. and T.K.

    Финансирование

    Это исследование было поддержано исследовательским грантом Университета Чунг-Анг в 2018 году и Программой фундаментальных научных исследований через Национальный исследовательский фонд Кореи (NRF), финансируемой Министерством образования (№ 2016R1D1A1B01015616).

    Конфликт интересов

    Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

    Сноски

    Наличие образца: Образцы упаковки PCM можно получить у автора T.W.

    Ссылки и примечание

    1. Kim G.H. Принятие Парижского соглашения и направление реакции Кореи. Корейский институт экономики энергетики. Особенность политики. 2016; 26: 22–27. [Google Scholar] 2. Бэ С. Сократить внутренние выбросы парниковых газов на 32,5% за счет поправки BAU к Базовой дорожной карте по сокращению выбросов парниковых газов на национальном уровне (объявление) _Минимизация международной суммы сокращения, компенсируемой внутренними мерами по сокращению.Электр. Пауэр Дж. 2018; 12: 50–53. [Google Scholar]

    3. Состояние выбросов парниковых газов в Институте архитектуры и городских исследований и тенденции в области строительства корейских зданий. 2010.

    4. Ким С.М., Ким Х.Дж. Термическая стабильность и вязкоупругие свойства гибридных смол MF / PVAc в зависимости от адгезии для инженерных полов в системе обогрева ONDOLO. Термохим. Acta. 2006; 444: 134–140. DOI: 10.1016 / j.tca.2006.03.009. [CrossRef] [Google Scholar] 5. Сонг Г.С. Ягодицы реагируют на контакт с отделочными материалами над системой подогрева пола ONDOL в Корее.Энергетика. 2005; 37: 65–75. DOI: 10.1016 / j.enbuild.2004.05.005. [CrossRef] [Google Scholar] 6. Ку Джо Тепловые характеристики системы теплого пола (Ондол) с легким бетонным основанием. J. Adv. Шахтер. Агрег. Compos. 2003. 8: 161–170. [Google Scholar] 7. Юн Г.С. магистерская диссертация. Университет Хосео; Чхонан, Чхунчхон-Намдо, Корея: 2012. Экспериментальное исследование эффективности подогрева пола в системе теплового насоса с грунтовым источником в жилых помещениях. [Google Scholar] 8. Юн Дж. Дипломная работа. Университет Чхонджу; Чхонджу, Чхунчхон-Пукто, Корея: 2012.Исследование методики прогнозирования производительности системы теплого пола с использованием солнечного и геотермального источников тепла. [Google Scholar]

    9. Isone Industry Co. Шин Ги Хун. Пак Чхоль У Половая доска с материалом фазового перехода. 10-2016-0011996. Корейское ведомство интеллектуальной собственности; Опубликованный патент. 2 февраля 2016 г .;

    10. Лин К., Чжан Ю., Сюй X., Ди Х., Ян Р., Цинь П. Моделирование и моделирование системы электрического отопления полов с пластинами из ПКМ со стабилизированной формой. Строить. Environ. 2004; 39: 1427–1434.DOI: 10.1016 / j.buildenv.2004.04.005. [CrossRef] [Google Scholar] 11. Ченг В., Се Б., Чжан Р., Сюй З., Ся Ю. Влияние теплопроводности ПКМ со стабилизированной формой на систему теплых полов. Прил. Энергия. 2015; 144: 10–18. DOI: 10.1016 / j.apenergy.2015.01.055. [CrossRef] [Google Scholar] 12. Цзинь X., Чжан X. Термический анализ пола из двухслойного материала с фазовым переходом. Прил. Therm. Энергия. 2011; 31: 1576–1581. DOI: 10.1016 / j.applthermaleng.2011.01.023. [CrossRef] [Google Scholar] 13. Чжоу Г., Хэ Дж.Тепловые характеристики системы лучистого теплого пола с различными теплоаккумулирующими материалами и трубами отопления. Прил. Энергия. 2015; 138: 648–660. DOI: 10.1016 / j.apenergy.2014.10.058. [CrossRef] [Google Scholar] 14. Хуанг К., Фэн Г., Чжан Дж. Экспериментальное и численное исследование пола из материала с фазовым переходом в солнечной системе водяного отопления с новой конструкцией. Sol. Энергия. 2014; 105: 126–138. DOI: 10.1016 / j.solener.2014.03.009. [CrossRef] [Google Scholar] 18. Jeong S.G., Jeon J.S., Seo J.K., Kim S.M. Рассмотрение вопроса о применении материала с фазовым переходом (PCM) для экономии энергии в здании.Korean Ins. Archit. Поддерживать. Environ. Строить. Syst. 2011; 5: 7–15. [Google Scholar] .