Sådan beregner du gulvvarme – eksempel med vandbårent system

Mange faktorer påvirker gulvvarmes effektivitet. Uden at tage hensyn til dem, selvom systemet er korrekt installeret, og de mest moderne materialer er brugt, vil den faktiske varmeeffektivitet ikke leve op til forventningerne.

Derfor skal en korrekt beregning af gulvvarmen altid gå forud for installationen, og kun da kan et godt resultat garanteres.

Projektering af et varmesystem er dyrt, så mange gør-det-selv-entusiaster udfører beregningerne selv. Du må indrømme, at ideen om at reducere omkostningerne ved at installere gulvvarme virker meget fristende.

Vi vejleder dig i, hvordan du laver et projekt, hvilke kriterier du skal overveje ved valg af varmesystemets parametre, og vi beskriver en trin-for-trin beregningsmetode. For tydelighedens skyld har vi forberedt et eksempel på beregning af gulvvarme.

Grundlæggende data til beregning

En korrekt planlagt projekt- og installationsproces fra starten vil undgå overraskelser og ubehagelige problemer senere.

Ved beregning af gulvvarme skal man tage udgangspunkt i følgende data:

• væggenes materiale og konstruktionsegenskaber;
• rummets planmål;
• typen af slutbelægning;
• dør- og vinduers konstruktion og placering;
• placering af konstruktionselementer i planen.

For korrekt projektering er det nødvendigt at tage højde for den fastsatte temperaturregulering og muligheden for at justere den.

Til en grov beregning antages det, at 1 m² varmesystem skal kompensere for varmetab på 1 kW. Hvis vandvarmekredsen bruges som supplement til hovedsystemet, skal den kun dække en del af varmetabet.

Der findes anbefalinger for gulvtemperaturen, der sikrer komfortabelt ophold i rum med forskellig formål:

• 29°C — opholdsstue;
• 33°C — badeværelse, rum med pool og andre med høj luftfugtighed;
• 35°C — kuldezoner (ved indgangsdøre, ydervægge osv.).

Overskridelse af disse værdier medfører overophedning af både systemet og slutbelægningen, hvilket uundgåeligt fører til materialeskade.

Ved at foretage indledende beregninger kan man vælge den optimale temperatur på varmebæreren efter personlig fornemmelse, bestemme belastningen på varmekredsen og anskaffe pumpeudstyr, der ubesværet håndterer at stimulere varmebærerens bevægelse. Det vælges med en margen på 20% i varmebærerens flow.

Der går meget tid med at opvarme et afretningslag med en tykkelse over 7 cm. Derfor forsøger man ved installation af vandbårne systemer ikke at overskride denne grænse. Det mest egnede gulvbelægning til vandbårne gulvvarme anses for at være keramiske fliser; under parket på grund af dets ekstremt lave varmeledningsevne lægger man ikke gulvvarme.

I designfasen skal det besluttes, om gulvvarmen skal være den primære varmekilde eller kun bruges som supplement til radiatorkredsen. Dette afgør andelen af varmetab, som den skal kompensere for. Den kan variere fra 30% til 60%.

Opvarmningstiden for et vandbårent gulv afhænger af tykkelsen af de elementer, der indgår i afretningen. Vand som varmebærer er meget effektivt, men selve systemet er kompliceret at installere.

Bestemmelse af parametre for gulvvarme

Formålet med beregningen er at opnå værdien af varmebelastningen. Resultatet af denne beregning påvirker de efterfølgende trin. Varmebelastningen påvirkes til gengæld af gennemsnitstemperaturen om vinteren i det pågældende område, den forventede indendørstemperatur, varmegennemgangskoefficienten for loft, vægge, vinduer og døre.

Årsagen til varmetab er dårligt isolerede vægge, vinduer og døre i huset. Den største procentdel af varme går tabt gennem ventilationssystemet og taget (+).

Det endelige resultat af beregningerne før installation af et vandbårent gulvvarmesystem vil også afhænge af tilstedeværelsen af yderligere varmekilder, herunder varmeafgivelsen fra beboerne i huset og kæledyr. Infiltration skal absolut medtages i beregningen.

En af de vigtige parametre er rummenes konfiguration, så der kræves en plantegning af huset og de tilsvarende snit.

Metode til beregning af varmetab

Når du har bestemt denne parameter, vil du vide, hvor meget varme gulvet skal producere for at folk i rummet skal have det behageligt, du kan vælge kedel, pumpe og gulv efter effekt. Med andre ord: Den varme, der afgives af varmekredsene, skal kompensere for bygningens varmetab.

Forholdet mellem disse to parametre udtrykkes ved formlen:

Mp = 1,2 x Q, hvor

• Mp — den nødvendige effekt af kredsene;
• Q — varmetab.

For at bestemme den anden parameter foretages målinger og beregninger af vinduer, døre, etageadskillelser og ydervægge. Da gulvet vil blive opvarmet, tages arealet af denne omsluttende konstruktion ikke med. Målingerne foretages på ydersiden med inddragelse af bygningens hjørner.

I beregningen vil både tykkelsen og varmeledningsevnekoefficienten for hver konstruktion blive taget i betragtning. Standardværdierne for varmeledningsevnekoefficienten (λ) for de mest almindeligt anvendte materialer kan tages fra tabellen.

Fra tabellen kan man tage koefficientværdien til beregning. Det er vigtigt at få oplyst af leverandøren materialets termiske modstandsværdi, hvis der installeres vinduer af metal-plastik (+)

Beregningen af varmetab udføres separat for hvert bygningselement ved hjælp af formlen:

Q = 1/R*(tv-tn)*S x (1+∑b), hvor

• R — materialets termiske modstand, som den omsluttende konstruktion er fremstillet af;
• S — arealet af konstruktionselementet;
• tv og tn — indendørs- og udendørstemperatur henholdsvis, hvor den anden værdi tages som den laveste;
• b — yderligere varmetab forbundet med bygningens orientering i forhold til verdenshjørnerne.

Værdien af den termiske modstand (R) findes ved at dividere konstruktionens tykkelse med materialets varmeledningsevnekoefficient.

Værdien af koefficient b afhænger af husets orientering:

• 0,1 — nord, nordvest eller nordøst;
• 0,05 — vest, sydøst;
• 0 — syd, sydvest.

Hvis man ser på spørgsmålet med et eksempel på beregning af vandbårent varmt gulv, bliver det mere forståeligt.

Konkret beregnings eksempel

Lad os antage, at husets vægge, til ikke-permanent beboelse, er 20 cm tykke og lavet af gasbetonblokke. Det samlede areal af omsluttende vægge minus vindues- og døråbninger er 60 m². Udendørstemperatur -25°C, indendørs +20°C, konstruktionen er orienteret mod sydøst.

I betragtning af at blokkenes varmeledningsevnekoefficient λ = 0,3 W/(m°C), kan varmetabet gennem væggene beregnes: R=0,2/0,3= 0,67 m²°C/W.

Der observeres varmetab også gennem pudsens lag. Hvis dens tykkelse er 20 mm, så Rpuds = 0,02/0,3 = 0,07 m²°C/W. Summen af disse to værdier giver varmetabet gennem væggene: 0,67+0,07 = 0,74 m²°C/W.

Med alle inputdata indsætter man dem i formlen og får varmetabet for rummet med sådanne vægge: Q = 1/0,74*(20 - (-25)) *60*(1+0,05) = 3831,08 W.

På samme måde beregnes varmetabet gennem de øvrige omsluttende konstruktioner: vinduer, døråbninger, tag.

Varmen fra varmekredsene kan være utilstrækkelig til at opvarme luften inde i huset til den nødvendige værdi, hvis deres effekt er undervurderet. Ved overskydende effekt vil der være overforbrug af varmebærer.

For at bestemme varmetab gennem loftet antages dets termiske modstand at være lig med værdien for den planlagte eller eksisterende isoleringstype: R = 0,18/0,041 = 4,39 m²°C / W.

Loftets areal er identisk med gulvarealet og er 70 m². Ved at indsætte disse værdier i formlen får man varmetabet gennem den øvre afgrænsningskonstruktion: Q loft = 1/4,39*(20 - (-25))* 70* (1+0,05) = 753,42 W.

For at bestemme varmetabet gennem vinduesfladen skal man beregne deres areal. Med 4 vinduer med bredde 1,5 m og højde 1,4 m vil deres samlede areal være: 4*1,5*1,4 = 8,4 m².

Hvis producenten angiver separat termisk modstand for termoruden og profilen - henholdsvis 0,5 og 0,56 m²°C/W, så er Rvindue = (0,5*90+0,56*10)/100 = 0,56 m²°C/W. Her er 90 og 10 andelen for hver vindueskomponent.

Baseret på de opnåede data fortsættes videre beregninger: Qvindue = 1/0,56*(20 - (-25))*8,4*(1+0,05) = 708,75 W.

Yderdøren har et areal på 0,95*2,04 = 1,938 m². Så Rdør = 0,06/0,14 = 0,43 m²°C/W. Q dør = 1/0,43*(20 - (-25))* 1,938*(1+0,05) = 212,95 W.

Da yderdørene ofte åbnes, går der meget varme tabt gennem dem. Derfor er det vigtigt at sikre, at de lukkes tæt.

I alt vil varmetabet være: Q = 3831,08 +753,42 + 708,75 + 212,95 + 7406,25 = W.

Til dette resultat lægges yderligere 10% for luftinfiltration, så Q = 7406,25+740,6 = 8146,85 W.

Nu kan man også bestemme gulvets termiske effekt: M gulv = 1,*8146,85 = 9776,22 W eller 9,8 kW.

Nødvendig varme til opvarmning af luft

Hvis huset er udstyret med et ventilationssystem, skal en del af den varme, der genereres af kilden, bruges til at opvarme den udefra kommende luft.

Til beregningen anvendes formlen:

Qv. = c*m*(tv—tn), hvor

• c = 0,28 kg⁰C og angiver luftmassens varmekapacitet;
• m symbolet angiver masseflowet af udeluft i kg.

Den sidste parameter opnås ved at multiplicere det samlede luftvolumen, som svarer til volumen af alle rum, under den betingelse at luften fornyes hver time, med densiteten, der ændrer sig afhængigt af temperaturen.

Grafen viser densitetens afhængighed af lufttemperaturen. Dataene er nødvendige for at beregne den varmemængde, der kræves for at opvarme den luftmasse, der kommer ind i huset som følge af mekanisk ventilation (+).

Hvis der tilføres 400 m³/h til bygningen, så er m=400*1,422 = 568,8 kg/h. Qv. = 0,28*568,8*45 = 7166,88 W.

I dette tilfælde vil den nødvendige termiske effekt af gulvet stige betydeligt.

Beregning af nødvendigt antal rør

Til installation af et gulv med vandopvarmning vælges forskellige rørlægningsmetoder, der adskiller sig i form: slange i tre varianter – egentlig slange, hjørneslange, dobbeltslange og spiral. I et samlet kredsløb kan der forekomme en kombination af forskellige former. Nogle gange vælger man 'spiral' til den centrale gulvzone og en af slangevarianterne til kanterne.

Spiral – et rationelt valg for rummelige lokaler med simpel geometri. I stærkt aflange rum eller rum med komplekse former er det bedre at anvende slange (+).

Afstanden mellem rørene kaldes stigning. Når man vælger denne parameter, skal to krav opfyldes: fodsålen må ikke mærke temperaturforskel på forskellige gulvzoner, og rørene skal bruges så effektivt som muligt.

For gulvets grænsezoner anbefales en stigning på 100 mm. På de resterende områder kan stigningen vælges inden for intervallet 150 til 300 mm.

Gulvisolering er af stor betydning. I stueetagen skal dens tykkelse være mindst 100 mm. Til dette formål anvendes mineraluld eller ekstruderet polystyrenskum.

Til beregning af rørlængden er der en simpel formel:

L = S/N*1.1, hvor

• S – kredsløbets areal;
• N – lægningsstigning;
• 1,1 – tillæg til bøjninger 10%.

Til den endelige værdi lægges et rørstykke, der er lagt fra manifolden til fordelingen af varmekredsen, både på retur og fremløb.

Eksempel på beregning.

Startværdier:

• areal – 10 m²;
• afstand til manifold – 6 m;
• lægningsstigning – 0,15 m.

Løsningen på opgaven er enkel: 10/0,15*1,1+(6*2) = 85,3 m.

Ved brug af metal-plast rør med længde op til 100 m vælges oftest diameter 16 eller 20 mm. Ved rørlængde 120-125 m skal tværsnittet være 20 mm².

En enkeltkreds-konstruktion er kun egnet til rum med et lille areal. Gulvet i store rum opdeles i flere kredse i forholdet 1:2 – konstruktionens længde skal være dobbelt så stor som bredden.

Den tidligere beregnede værdi er længden af gulvvarmerøret som helhed. Men for at få et fuldt billede skal længden af den enkelte kreds angives.

Denne parameter påvirkes af kredsens hydrauliske modstand, som bestemmes af diameteren på de valgte rør og mængden af vand, der tilføres pr. tidsenhed. Hvis disse faktorer ignoreres, bliver tryktabet så stort, at ingen pumpe kan få varmebæreren til at cirkulere.

Bestemmelse af rørforbrug afhængig af valgt lægningsafstand

Kredse af samme længde er et ideelt tilfælde, men det ses sjældent i praksis, da rumarealer med forskellige formål varierer meget, og det er simpelthen ikke hensigtsmæssigt at gøre alle kredslængder ens. Fagfolk accepterer en forskel i rørlængde på 30 til 40 %.

Fordelerens diameter og blandeenhedens gennemstrømningskapacitet bestemmer det tilladte antal sløjfer, der tilsluttes. I blandeenhedens datablad kan man altid finde den varmebelastning, den er beregnet til.

Antag, at gennemstrømningskoefficienten (Kvs) er 2,23 m³/h. Med denne koefficient kan visse pumpemodeller klare en belastning på 10 til 15 W.

For at bestemme antallet af kredse skal varmebelastningen for hver enkelt beregnes. Hvis arealet med gulvvarme er 10 m², og varmeafgivelsen pr. m² er 80 W, så er Kvs 80 W, dvs. 10*80 = 800 W. Det betyder, at blandeenheden kan forsyne 15.000/800 = 18,8 rum eller kredse med et areal på 10 m² hver.

Disse værdier er maksimale og kan kun anvendes teoretisk; i praksis skal tallet reduceres med mindst 2, så 18 – 2 = 16 kredse.

Ved valg af blandeenhed (fordeler) skal man kontrollere, om den har det nødvendige antal tilslutninger.

Kontrol af korrekt valg af rørdiameter

For at kontrollere, om rørtværsnittet er korrekt valgt, kan man bruge formlen:

υ = 4*Q*10ᶾ/n*d²

Når hastigheden svarer til den fundne værdi, er rørtværsnittet korrekt valgt. Normative dokumenter tillader en maksimal hastighed på 3 m/sek. ved en diameter på op til 0,25 m, men den optimale værdi er 0,8 m/sek., da støjeffekten i rørledningen stiger med højere hastighed.

Yderligere information om beregning af gulvvarme-rør findes i denne artikel.

Beregning af cirkulationspumpe

For at systemet bliver økonomisk, skal man vælge en cirkulationspumpe, der giver det nødvendige tryk og det optimale vandflow i kredsene. I pumpernes datablade angives normalt trykket i den længste kreds og det samlede varmebærerflow i alle sløjfer.

Trykket påvirkes af hydrauliske tab:

∆ h = L*Q²/k1, hvor

• L — sløjfens længde;
• Q — vandgennemstrømning l/sek;
• k1 — en koefficient, der karakteriserer tabene i systemet. Værdien kan tages fra hydrauliske referencetabeller eller fra udstyrets datablad.

Når man kender trykfaldets størrelse, beregnes gennemstrømningen i systemet:

Q = k*√H, hvor

k — dette er gennemstrømningskoefficienten. Fagfolk antager en gennemstrømning på 0,3-0,4 l/s for hver 10 m² af huset.

Blandt komponenterne i et vandbårent gulvvarmesystem spiller cirkulationspumpen en særlig rolle. Kun en enhed, hvis effekt er 20 % højere end det faktiske varmebærerforbrug, kan overvinde modstanden i rørene.

Tallene vedrørende trykfald og gennemstrømning i databladet må ikke tages bogstaveligt – det er maksimumværdier. I virkeligheden påvirkes de af længden og geometrien af netværket. Hvis trykfaldet er for stort, reduceres sløjfens længde, eller rørdiameteren øges.

Anbefalinger til valg af afretningslagstykkelse

I opslagsværker kan man finde oplysninger om, at den mindste afretningstykkelse er 30 mm. Når rummet er relativt højt, lægges der isolering under afretningen, hvilket øger effektiviteten af varmeafgivelsen fra varmekredsen.

Det mest populære materiale til underlag er ekstruderet polystyrenskum. Dets varmeoverførselsmodstand er betydeligt lavere end betons.

Når afretningen udføres, for at udligne betonens lineære udvidelser, monteres et dilatationsbånd rundt om rummets omkreds. Det er vigtigt at vælge den rigtige tykkelse. Eksperter anbefaler at anlægge et 5 mm kompenserende lag, når rummets areal ikke overstiger 100 m².

Hvis arealet er større på grund af en længde over 10 m, beregnes tykkelsen med formlen:

b = 0,55*L, hvor

L – er rummets længde i meter.

Konklusioner og nyttig video om emnet

Denne videomateriale handler om beregning og installation af vandbåren gulvvarme:

Videoen giver praktiske anbefalinger til gulvlægning. Oplysningerne hjælper med at undgå fejl, som amatører typisk begår:

Beregningen gør det muligt at designe et 'gulvvarme'-system med optimale driftsydelser. Det er tilladt at montere varmesystemet ved at bruge databladets data og anbefalinger.

Det vil fungere, men fagfolk anbefaler alligevel at bruge tid på beregningen, så systemet i sidste ende bruger mindre energi.

Har du erfaring med at beregne gulvvarme og udarbejde et projekt for varmekredsen? Eller har du spørgsmål om emnet? Del venligst din mening og efterlad kommentarer.