Исследование влияния типа напольного покрытия на теплоотдачу от теплого пола

№121-1,

технические науки

Проведено экспериментальное исследование, в результате которого определена температура поверхности теплого пола с разным типом напольного покрытия. Разработана методика расчёта теплоотдачи от теплого пола к окружающему воздуху. Выполнен анализ влияния типа напольного покрытия на теплоотдачу от теплого пола По результатам исследования можно сделать вывод, что наилучшим покрытием для теплого пола с точки энергоэффективности является линолеум.

Похожие материалы

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:

  1. Экспериментально определить температуру на поверхности пола с разным видом напольного покрытия.
  2. Рассчитать значение плотности теплового потока от поверхности пола с разным типом покрытия.
  3. Проанализировать экспериментальные и расчетные данные.
  4. 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.

Измеритель плотности тепловых потоков ИТП-МГ4.03/3(I) «Поток»
Рисунок 1. Измеритель плотности тепловых потоков ИТП-МГ4.03/3(I) «Поток»

Результаты эксперимента представлены в таблице 1 и 2.

Таблица 1. Результаты эксперемента

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

Таблица 2. Результаты эксперемента

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:

q=(\alpha_k+\alpha_l)\times(T_w-T_v), (1)

Коэффициент теплоотдачи излучением по формуле:

\alpha_l=\frac{\epsilon\times\sigma_0\times(T_w^4-T_v^4)}{T_w-T_v}, (2)

Коэффициент конвективной теплоотдачи на поверхности горизонтальных пластин нашли по известным критериальным формулам:

\alpha_g=1,3\times Nu\times\frac{\lambda}{R_0}, (3)

\overline{Nu_m}=C\times Ra_m^n, (4)

В результате расчёта получили значения плотности теплового потока от пола к окружающему воздуху. Результаты расчета представлены в таблице 3 и 4.

Таблица 3. Результаты расчёта

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

Таблица 4. Результаты расчёта

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

Плотность теплового потока, передаваемого от напольного покрытия к окружающему воздуху
Рисунок 2. Плотность теплового потока, передаваемого от напольного покрытия к окружающему воздуху

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.

Список литературы

  1. Бухмиров В.В. Тепломассообмен. И.: ФГБОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В. И. Ленина. 2014.
  2. Внутренние санитарно-технические устройства. Часть 1. Отопление. / Под ред. Староверова И.Г., Шиллера Ю.И. — М.: Стойиздат. 1990.