Posouzení výpočtu potřeby energie při podlahovém teplovodním vytápění s EN
V současné době se klade velký důraz na úsporu energií a využívání obnovitelných zdrojů energie. Proto je velmi důležitý správný návrh topného / chladicího systému, který by měl zároveň zajistit příznivý tepelný stav vnitřního prostředí - tepelnou pohodu. Teplovodní podlahové vytápění je progresivní způsob vytápění, který na jedné straně snižuje provozní náklady, na druhé straně však vytváří ideální rozložení teplot.
Úvod
V súčasnej dobe sa kladie veľmi veľký dôraz na úsporu energií a využívanie obnoviteľných zdrojov energie. Preto je veľmi dôležitý správny návrh vykurovacieho / chladiaceho systému, ktorý by mal zároveň zabezpečiť priaznivý tepelný stav vnútorného prostredia – tepelnú pohodu. Teplovodné podlahové vykurovanie je progresívny spôsob vykurovania, ktorý na jednej strane znižuje prevádzkové náklady, na druhej strane však vytvára ideálne rozloženie teplôt.
Znižovanie nákladov na energie vedie k čoraz väčšiemu záujmu o systémy, ktoré pracujú oveľa efektívnejšie a s oveľa vyšším komfortom tepelnej pohody. Využívanie obnoviteľných zdrojov energií spolu s nízkoteplotnými systémami vykurovania má za následok zníženie spotreby primárnych energií a vedie k zníženiu prevádzkových nákladov.
Tento príspevok sa zaoberá porovnaním rôznych systémov podlahového vykurovania, ktoré boli aplikované na jednu referenčnú miestnosť v rodinnom dome. Výpočet je uskutočnený podľa novej normy STN EN 1264, ktorá vošla do platnosti 1. 9. 2009.
Norma STN EN 1264 je zameraná na vykurovacie a chladiace systémy zabudované pod povrchom s vodou ako teplonosnou látkou. Výpočet je uskutočnený podľa časti 2 tejto normy: Podlahové vykurovanie - skúšobné metódy na určenie tepelného výkonu pomocou výpočtových a experimentálnych metód.
Výpočet teplovodného podlahového vykurovania podľa STN EN 1264-2
Typ sústavy, ktorá je navrhovaná v skúmanej miestnosti, je podľa normy typ A, čo predstavuje typ sústavy s rúrkami inštalovanými v roznášacej vrstve (obr. 1). Smerodajné parametre, ktorých hodnoty sa budú v jednej časti tohto príspevku porovnávať, sú merný tepelný výkon podlahovej vykurovacej plochy smerom hore do miestnosti nad sústavou (1) a smerom dole do miestnosti pod sústavou (2) a tepelný výkon podlahovej plochy (3).
Pre merný tepelný výkon podlahovej vykurovacej plochy smerom hore (q) platí vzťah:
kde
- B
- – súčiniteľ závislý od typu sústavy [W/(m2.K)]
- aB
- – súčiniteľ podlahovej krytiny,
- aT
- – súčiniteľ rozostupu rúrok,
- aU
- – súčiniteľ krycích vrstiev,
- aD
- – súčiniteľ vnútorného priemeru rúrky,
- mT
- – exponent závislý od rozostupu rúrok,
- mU
- – exponent závislý od krycej vrstvy nad rúrkami,
- mD
- – exponent závislý od vonkajšieho priemeru rúrok,
- ΔθH
- – logaritmický rozdiel teplôt medzi vykurovacou vodou a teplotou v miestnosti [K]
Pre mernú tepelnú stratu podlahovej vykurovacej plochy smerom dole (qU) platí vzťah:
kde
- RU
- – čiastočný tepelný odpor podlahovej konštrukcie smerom dole [m2.K/W],
- R0
- – čiastočný tepelný odpor podlahovej konštrukcie smerom nahor [m2.K/W],
- q
- – merný tepelný výkon podlahovej vykurovacej sústavy [W/m2],
- θi
- – menovitá vnútorná teplota v miestnosti vykurovanej podlahou [K],
- θU
- – vnútorná teplota miestnosti pod miestnosťou vykurovanej podlahou [K]
Pre tepelný výkon podlahovej plochy (Q) platí vzťah:
kde
- q
- – merný tepelný výkon podlahovej vykurovacej sústavy [W/m2]
- A
- – plocha ohraničená rúrkami [m2]
Výpočet teplovodného podlahového vykurovania pomocou software Techcon
V programe Techcon sa na základe vstupných údajov vyrátala tepelná strata objektu, z ktorého sa pre tento príspevok vybrala miestnosť – spálňa, pretože má najväčšiu tepelnú stratu a to 768 W. V tejto miestnosti sa navrhlo 5 systémov podlahového vykurovania od 5 popredných firiem. Vstupné údaje ako aj popis uvažovaného systému podlahového vykurovania je popísaný nižšie. V tab. 1 sú výstupy z programu Techcon, ktoré sú najdôležitejšie pre následné porovnanie.
| Názov miestnosti | Spálňa |
| Vnútorná výpočtová teplota miestnosti | θi = 20 °C |
| Teplota pod podlahovou vykurovacou plochou | θu = 5 °C |
| Celková plocha miestnosti | S = 14,00 m2 |
| Tepelná strata miestnosti | Qm = 768 W |
| Reduková tepelná strata | Qr = 694 W |
| Teplota prívodu vykurovacej vody | θp = 39 °C |
| Výrobca | Rúrka | Systémová doska |
|---|---|---|
| a) Gabotherm | HR (PB) 15×1,5 mm | Gabotherm 1◦2◦3 – hr. 30 mm |
| b) Universa | 4vrstvá (PB) rúrka 17×2,5 mm | Universa TH30P – hr. 30 mm, λ = 0,040 W/m.K |
| c) Rehau | Rautherm S (PE-Xa) 17×2,0 mm | Rehau Varionova – hr. 30 mm, λ = 0,040 W/m.K |
| d) Uponor | Wirsbo (PE-Xa) 17×2,0 mm | Uponor |
| e) Schütz | Duo flex (PE-Xa) 17×2,0 mm | Schütz s výstupkami |
Skladba podlahovej vykurovacej plochy
Obr. 1 Detail skladby podlahy pre podlahové vykurovanie 1 – keramická dlažba (hr. 10 mm); 2 – stavebné lepidlo (hr. 2 mm); 3 – cementový poter (hr. 60 mm); 4 – polystyrén pre podlahové vykurovanie (hr. 70 mm); 5 – hydroizolácia; 6 – podkladový betón (hr. 120 mm); 7 – rastlý terén; 8 – systémová doska (REHAU, UNIVERSA, GABOTHERM, SCHϋTZ, UPONOR); 9 – rúrky podlahového vykurovania.
Skladba podlahy je tvorená podkladovým polystyrénom, samotnou systémovou doskou v ktorej sú umiestnené vykurovacie rúrky a následne je zaliata do cementového poteru. Detail skladby podlahy spolu s hrúbkami použitých materiálov je bližšie znázornený na obr. 1.
Výsledky výpočtu teplovodného podlahového vykurovania
| Počet vykurovacích okruhov | Plocha ohraničená rúrkami A [m2] | Rozostup rúrok T [mm] | Vnútorný priemer rúrky d [mm] | Povrchová teplota podlahy θp [°C] | Merná tepelná strata smerom dole qu [W/m2] | Merný tepelný výkon smerom hore q [W/m2] | Tepelný výkon podlahovej plochy Q [W] | Celková dĺžka rúrky v okruhu l-celk. [m] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| a) Systémová doska Gabotherm 1◦2◦3 | ||||||||
| 1.1 | 6,76 | 150 | 12,0 | 24,7 | 6,7 | 55,0 | 372 | 48,2 |
| 1.2 | 4,68 | 150 | 12,0 | 24,7 | 8,5 | 54,9 | 257 | 65,2 |
| 2,55 | 75 | 25,3 | 8,9 | 62,1 | 158 | |||
| 787 | 113,4 | |||||||
| b) Systémová doska Universa TH30P | ||||||||
| 1.1 | 6,76 | 150 | 12,0 | 24,7 | 8,3 | 54,9 | 371 | 48,2 |
| 1.2 | 4,68 | 150 | 12,0 | 24,7 | 8,3 | 54,9 | 257 | 65,2 |
| 2,55 | 75 | 25,3 | 8,7 | 62,1 | 158 | |||
| 786 | 113,4 | |||||||
| c) Systémová doska Rehau Varionova | ||||||||
| 1.1 | 6,76 | 150 | 13,0 | 24,8 | 6,6 | 55,6 | 376 | 48,2 |
| 1.2 | 4,68 | 150 | 13,0 | 24,8 | 8,4 | 55,6 | 260 | 56,7 |
| 2,55 | 100 | 25,2 | 8,6 | 60,3 | 154 | |||
| 790 | 104,9 | |||||||
| d) Systémová doska Uponor | ||||||||
| 1.1 | 6,76 | 150 | 13,0 | 24,8 | 6,6 | 55,6 | 376 | 48,2 |
| 1.2 | 4,68 | 150 | 13,0 | 24,8 | 8,4 | 55,6 | 260 | 56,7 |
| 2,55 | 100 | 25,2 | 8,6 | 60,3 | 154 | |||
| 790 | 104,9 | |||||||
| e) Systémová doska Schütz | ||||||||
| 1.1 | 6,76 | 150 | 13,0 | 24,8 | 8,4 | 55,6 | 376 | 48,2 |
| 1.2 | 4,68 | 150 | 13,0 | 24,8 | 8,4 | 55,6 | 260 | 54,3 |
| 2,55 | 110 | 25,1 | 8,6 | 59,5 | 152 | |||
| 788 | 102,5 | |||||||
| T | q | qU | Q | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| m | STN EN | Techcon | STN EN | Techcon | STN EN | Techcon | |
| Gabotherm | 0,150 | 69,0 | 55,0 | 9,5 | 6,7 | 466 | 372 |
| 0,150 | 69,0 | 54,9 | 9,5 | 8,5 | 323 | 257 | |
| 0,075 | 84,5 | 62,1 | 10,4 | 8,9 | 215 | 158 | |
| Universa | 0,150 | 70,3 | 54,9 | 9,6 | 8,3 | 475 | 371 |
| 0,150 | 70,3 | 54,9 | 9,6 | 8,3 | 329 | 257 | |
| 0,075 | 85,4 | 62,1 | 10,4 | 8,7 | 218 | 158 | |
| Rehau | 0,150 | 70,3 | 55,6 | 9,6 | 6,6 | 475 | 376 |
| 0,150 | 70,3 | 55,6 | 9,6 | 8,4 | 329 | 260 | |
| 0,100 | 79,9 | 60,3 | 10,1 | 8,6 | 204 | 154 | |
| Uponor | 0,150 | 70,3 | 55,6 | 9,6 | 6,6 | 475 | 376 |
| 0,150 | 70,3 | 55,6 | 9,6 | 8,4 | 329 | 260 | |
| 0,100 | 79,9 | 60,3 | 10,1 | 8,6 | 204 | 154 | |
| Schütz | 0,150 | 70,3 | 55,6 | 9,6 | 8,4 | 475 | 376 |
| 0,150 | 70,3 | 55,6 | 9,6 | 8,4 | 329 | 260 | |
| 0,110 | 77,8 | 59,5 | 10,0 | 8,6 | 198 | 152 | |
Záver
Výsledky výpočtu podlahového vykurovania na základe normy STN EN 1264-2 o podlahovom vykurovaní hovoria o tom, že merné tepelné výkony ako aj tepelný výkon podlahovej vykurovacej plochy vychádzajú väčšie v porovnaní so staršou verziou softvéru Techcon verzie 4.0, ktorý vo výpočte počítal na základe Cihelkovej metódy.
Výpočtový softvér od spoločnosti Techcon je už v dnešnej dobe doplnený o výpočet podlahového vykurovanie na základe normy STN EN 1264-2.Poďakovanie
Tento príspevok bol vypracovaný v rámci projektu VEGA 1/1052/11.
Literatúra
- [1] STN EN 1264: Vykurovacie a chladiace systémy zabudované pod povrchom s vodou ako teplonosnou látkou.
- [2] PETRÁŠ, D. a kol.: Teplovodné a elektrické podlahové vykurovanie. Bratislava: Jaga group 2004, s. 60–75.
- [3] ATCON SYSTEMS, spol. s r. o.: softvér Techcon.
- [4] REHAU: Unlimited Polymer Solutions – projektové podklady.
- [5] UNIVERSA: Haustechnik – projektové podklady.
- [6] GABOTHERM: KKH, spol. s r. o. – projektové podklady.
- [7] SCHϋTZ: Energy systems – projektové podklady.
- [8] UPONOR GmbH – projektové podklady.
Nowadays there is emphasis on energy savings and utilization of renewable energy sources. Therefore, proper selection and design of the heating / cooling system, which should be also able to provide favourable condition of the thermal environment – thermal comfort, is very important. Warm water floor heating is a progressive way of heating, which decreases operation costs on one hand and creates ideal temperature distribution on the other hand.
Decreasing of energy costs leads to increasing interest in systems with better efficiency and thermal comfort. Utilizing of renewable energy sources along with installation of low temperature heating systems results in decreased primary energy consumption and leads to lower operation costs.
In this article experience with application of the new European standard (EN 1264, 2009) for calculation and design of warm water floor heating is presented. The calculation has been carried out for a reference room in a family house, by means of software with application of floor systems from different manufacturers.