В последние годы наряду с традиционными системами отопления широко применяются системы водяного теплого пола. Водяной теплый пол представляет собой сеть полимерных труб, вмонтированных в бетон, по которым циркулирует горячая вода Система водяного теплого пола имеет ряд бесспорных достоинств, в сравнении с радиаторными и конвекторными отопительными системами:
- Экономичность. Снижение энергопотребления на 20−30% в жилых домах за счет невысокой температуры теплоносителя (30−50°C).
- Комфорт. Равномерный прогрев помещения от пола по всей площади позволяет создать оптимальные для здоровья человека температурные условия
- Безопасность. Скрытые от доступа нагревательные элементы делают пространство безопасным даже для маленьких детей, исключается риск получения травм или ожогов от контакта с теплоносителями.
- Эстетичность интерьера. Отсутствие видимых частей отопительных систем и приборов способствует облегчению в осуществлении проектов по перепланировке и дизайну
Важным вопросом является правильный выбор напольного покрытия для теплого пола, обеспечивающего равномерную и максимальную теплопередачу. В виде покрытия для тёплого водяного пола могут быть использованы плитка, ламинат с подложкой и без нее, линолеум. Естественно, чем выше коэффициент теплопроводности материала и меньше его толщина, тем меньше будут потери тепла за счет термического сопротивления напольного покрытия. Однако, в современных условиях надежных сведений о значении коэффициентов теплопроводности для различных видов напольных покрытий недостаточно. Поэтому единственным достоверным способом определения наиболее энергоэффективного типа покрытия для теплого пола является экспериментальное исследование.
Цель данной работы — экспериментальное исследование влияния типа напольного покрытия на теплоотдачу от теплого пола.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
- Экспериментально определить температуру на поверхности пола с разным видом напольного покрытия.
- Рассчитать значение плотности теплового потока от поверхности пола с разным типом покрытия.
- Проанализировать экспериментальные и расчетные данные.
- Выбрать напольное покрытие, обеспечивающее максимальную теплопередачу от теплого пола.
Эксперимент проводили в жилом доме, оборудованном водяными теплыми полами. Исследование выполнено для разного вида напольного покрытия: линолеума без утеплителя, плитки, ламината без подложки и ламината с подложкой. Толщина ламината и плитки 8 мм, линолеума — 2 мм, подложки под ламинат — 2 мм.
Было проведено несколько серий опытов, в каждом из которых фиксировалась температура воздуха внутри помещения и температура воды в подающем и обратном коллекторах, а также температура поверхности пола без покрытия и с покрытием. Измерение температуры выполнено прибором ИТП-МГ4.03«Поток». Абсолютная погрешность измерения температуры ± 0,2 °С.
Результаты эксперимента представлены в таблице 1 и 2.
Твозд=21,5 Тпр=50 Тоб=33 | |||||
Тпола | Тпов | ΔT | % | δ, м | |
плитка | 25,4 | 24,90 | 0,50 | 2,0 | 0,008 |
ламинат | 25,2 | 24,57 | 0,63 | 2,5 | 0,008 |
линолеум | 25,2 | 25,2 | 0,00 | 0,0 | 0,0015 |
стяжка | 25,2 | ||||
Твозд=15 Тпр=36 Тоб=23 | |||||
Тпола | Тпов | ΔT | % | δ, м | |
плитка | 18 | 17,80 | 0,20 | 1,1 | 0,008 |
ламинат | 17,9 | 17,50 | 0,40 | 2,2 | 0,008 |
линолеум | 18 | 18 | 0,00 | 0,0 | 0,0015 |
ламинат с подложкой | 18,1 | 17,37 | 0,73 | 4,1 | 0,002 |
бетонная стяжка | 18 | ||||
На основе экспериментальных данных был выполнен расчёт плотности теплового потока от пола к окружающему воздуху. Плотность теплового потока который передается за счет конвекции и излучения мы нашли по формуле:
, (1)
Коэффициент теплоотдачи излучением по формуле:
, (2)
Коэффициент конвективной теплоотдачи на поверхности горизонтальных пластин нашли по известным критериальным формулам:
, (3)
, (4)
В результате расчёта получили значения плотности теплового потока от пола к окружающему воздуху. Результаты расчета представлены в таблице 3 и 4.
Твозд=21,5 Тпр=50 Тоб=33 | |||||||
Ra | Nu | αк | qк | % | αл | qл | q |
4,99E+08 | 109,1 | 3,67 | 12,49 | 9,0 | 4,72 | 16,03 | 28,52 |
4,5E+08 | 106,3 | 3,58 | 10,98 | 18,9 | 4,71 | 14,44 | 25,42 |
5,43E+08 | 111,5 | 3,75 | 13,89 | 0,0 | 4,72 | 17,47 | 31,36 |
5,43E+08 | 111,5 | 3,75 | 13,89 | 4,72 | 17,47 | 31,36 | |
Твозд=15 Тпр=36 Тоб=23 | |||||||
Ra | Nu | αк | qк | % | αл | qл | q |
4,54E+08 | 106,5 | 3,53 | 9,89 | 7,4 | 4,40 | 12,31 | 22,20 |
4,05E+08 | 103,6 | 3,43 | 8,58 | 18,5 | 4,39 | 10,98 | 19,56 |
4,86E+08 | 108,4 | 3,59 | 10,78 | 0,0 | 4,40 | 13,21 | 23,99 |
3,83E+08 | 102,2 | 3,39 | 8,01 | 23,3 | 4,39 | 10,38 | 18,40 |
4,86E+08 | 108,4 | 3,59 | 10,78 | 4,40 | 13,21 | 23,99 | |
На рисунке 2 показан график значения плотности теплового потока для разного типа напольного покрытия. Из анализа данных представленных на рис. 2 видно, что плотность теплового потока q при укладке на пол плитки уменьшается на 7 %, ламината — на 19 %, ламината с подложкой — на 23 %. Наилучший результат получен при укладке линолеума — тепловой поток остался неизменным.