Инерционность теплого водяного пола

Обновлено: 27.03.2024

Уложить трубу тёплого пола в плиту фундамента – распространённое решение. Но я сделал иначе. Да, у меня есть плита фундамента, но для тёплого пола решил сделать стяжку толщиной 4 см. И на то, поверьте, были причины. Об этих причинах и пойдёт речь в этой статье.

Инерционность отопления.

Ох как много об этой инерционности сказано. Кто-то за высокую, кто-то за низкую. Приведу свои доводы. Вот пример дома с в котором трубы тёплого пола непосредственно в теле бетонной плиты толщиной 20 см. Пример конкретный, это дом бывшего соседа.

Как вы знаете теплопроводность бетона высокая, и прежде, чем бетонная плита начнёт нагревать помещение она нагреется сама. А теперь представьте плиту 8х10 метров толщиной 20 см. Это 16 м³ бетона, весом более 40 тонн. Только для прогрева этой плиты на 1°С, при удельной теплоёмкости бетона 0,84 кДж(0.000233 кВт)/кг*°C потребуется:

  • 40 000 кг х 0,000233 кВт/кг*°C = 9,32 кВт*час и это без учёта теплопотерь.

А теперь представьте нынешние зимы, когда сегодня на улице -3°C , а в ночь - 15°C . Бывают перепады и похлеще.

Тёплый пол просто не успевает за такими перепадами. Выход в этом случае только один. Традиционное отопление, а тёплый пол только для комфорта. Так я в принципе соседу и посоветовал.

Теперь о конструкции тёплого пола в моём новом доме. Послойно это выглядит так:

  1. Плита толщиной 15 см.
  2. ЭППС толщиной 5 см.
  3. Трубы тёплого пола в стяжке толщиной 4 см.

Инерционность тоже присутствует, но разница в теплоёмкости колоссальная. Вес стяжки толщиной 40мм примерно 72 кг/м², если взять туже площадь 80 м² получаем вес 5760 кг. Удельная теплоёмкость стяжки таже 0.000233 кВт/кг* °C. Для изменения температуры на 1°С потребуется:

Соответственно такой тёплый пол будет куда быстрее реагировать на изменение температуры. И эта зима уже эта доказала. В моём доме пока запущен только тёплый пол, хотя и предусмотрены конвекторы.

Перепад температуры в доме практически не ощущается и составляет 21–22,5 °С.

Вот это, наверное, основная причина почему я сделал тёплый пол в стяжке.

Стройтесь, подписывайтесь на канал Построить дом , жмите пальчик вверх если статья была интересной. А ниже ссылки на другие мои статьи:

Давайте разделим понятие «инерционность системы водяной теплый пол» на два аспекта: инерционность при запуске системы и выходе ее на расчетный отопительный режим и, второй – инерционность системы водяной теплый пол при охлаждении помещения.

Основным показателем инерционности системы водяной теплый пол при нагреве помещения является скорость (время) выхода системы на режим от момента ее запуска до нагрева температуры воздуха помещения до расчетной.

По большому счету, необходимо рассматривать раздельно иррегулярные (неупорядоченные) и регулярные (установившиеся) режимы изменения температуры не только во времени, но и для различных тепловых процессов: нагревание и охлаждение (плиты греющей панели) с бесконечно большой теплопроводностью (внешняя задача). То же, но с бесконечно большим теплообменом (внутренняя задача), в нашем случае – воздух помещения. То же, с небольшими значениями коэффициента теплопроводности и теплообмена (краевая задача), в нашем случае – теплопотери через ограждающие конструкции.

В целом, без решения конкретных внутренних, внешних и краевых задач, график выхода системы водяной теплый пол в стационарный (установившийся режим) выглядит следующим образом (рис. 1):
1.«Разгон непосредственно самой отопительной панели». Характеризуется малым изменением температуры в помещении при максимальном использовании мощности источника тепла
2.«Нагрев помещения». Характеризуется ростом температуры в помещении до расчетной величины
3.«Установившийся режим отопления». Характеризуется поддержанием температуры в диапазоне расчетной с некоторым


Рис. 1. График выхода системы водяной теплый пол на режим.

На первом этапе скорость разогрева греющей панели зависит, прежде всего, от теплоемкости панели, температуры в момент начала разогрева и температуры теплоносителя:
-чем больше теплоемкость панели, тем дольше процесс ее нагрева. Таким образом, длительность процесса разгона зависит от теплоемкости материалов панели и их толщины;
-чем ниже температура в момент начала разогрева, тем больше времени требуется на разогрев панели;
-чем выше температура теплоносителя, тем меньше времени затрачивается на разогрев панели. Однако, на практике, температура теплоносителя имеет ограничения, определяемые либо самим источником тепла (использование низкотемпературного источника), либо максимально разрешенной температурой теплоносителя для системы водяной теплый пол (не более 55°С).

Темп разогрева отопительной панели протекает не по линейному, а по экспоненциальному закону.

Полное количество тепла Q, полученное панелью за первые z часов, равно:
где:
– теплоемкость каждого из слоев греющей панели;
– температура панели по отношению к температуре окружающей среды в рассматриваемый период времени ;
– критерий гомохронности (подобия), являющийся обобщенной пространственно-временной характеристикой процесса нагрева панели.

где:
- общее сопротивление теплообмену на всей площади поверхности греющей панели;
– произвольный (рассматриваемый) момент времени от начала разогрева системы.

В практике применения систем водяной теплый пол нами получены следующие результаты (рис. 2). За базовую кривую принято время разогрева греющей панели с толщиной бетонной стяжки 50мм и чистовым покрытием из керамической плитки толщиной 15мм, при температуре теплоносителя на подаче 50°С, начальной температуре плиты и воздуха в помещении 0°С, теплопотерях помещения 60Вт/м2. Для анализа выбраны точки пересечения линии температур +5°С. Это связано с тем, что при данной температуре можно с достаточной степенью уверенности установить факт, что «плита разогрелась и начался процесс теплообмена» и, второе, при данной температуре наблюдается более-менее равномерный прогрев всей плиты, т.е. вся плита становится греющей панелью с выровненным полем температур.

Среднее статистическое время разгона системы водяной теплый пол расматриваемой нами «базовой панели» до температуры +5°С составляет 24 часа. При этом для аналогичных условий, но для панели с толщиной 100 и 150 мм время разгона составляет 36 и 48 часов соответственно.

Если в качестве чистового покрытия используется паркет толщиной 16 мм, то время разгона системы водяной теплый пол с толщиной стяжки 50 мм увеличивается с 24 до 30 часов (кривая 1).

Если начальная температура отопительной панели на 2-3 градуса выше 0°С, то время выхода системы на отметку «температура +5°С» сокращается практически в 2 раза, до 12 часов (кривая 2).


Рис. 2. Натурные показатели темпа выхода на режим панели водяной теплый пол на I этапе.

На втором этапе происходит теплообмен между поверхностью греющей панели и воздухом в помещении. При этом длительность этапа до достижения расчетной температуры зависит от теплопотерь помещения и площади отопительной панели по отношению к площади (фактор формы) ограждающих конструкций, через которые происходят основные теплопотери. Если учесть, что система водяной теплый пол проектируется на 100% площади пола, то второй этап полностью зависит от теплопотерь помещения. Причем, сначала температура в помещении достаточно быстро растет, затем темп роста замедляется, т.к. с ростом температуры в помещении увеличивается тепловой напор и, следовательно, теплопотери через ограждающие конструкции.

Превышение (рис. 1) температуры (сектор А) и мощности (сектор В) над расчетными на конечных участках второго этапа связано, прежде всего, с инерционностью системы и «транспортным» запаздыванием органов контроля и регулирования параметрами теплоснабжения. На практике (рис. 3) время выхода системы на режим (нагрев воздуха в помещении до 20°С) при удельных теплопотерях 40 Вт/м2 составляет порядка 44 часов, при теплопотерях 60 Вт/м2 – до 54 часов, при 100 Вт/м2 – 72-84 часа. Данные приведены для греющей панели с толщиной бетонной стяжки 50 мм и чистовым покрытием из керамической плитки толщиной 15 мм, при температуре теплоносителя на подаче 50°С, начальной температуре плиты и воздуха в помещении 0°С.

Угол наклона (крутизна) кривой относительно шкалы времени в большой степени зависит от сочетания «быстрых» и «медленных теплопотерь» («медленные теплопотери» - теплопотери через теплоемкие ограждения (стены, перекрытия), характеризующиеся большой степенью затухания, т.е. значительным уменьшением амплитуды и сдвигом фазы тепловой волны). При наличии в ограждающих конструкциях больших нетеплоемких включений (окна, сплошное остекление, двери) помещение имеет не только высокую эксплуатационную нагрузку, но и значительное время вывода системы водяной теплый пол на стабильный режим, в том числе при регулировании системы отопления путем импульсного (пуск-останов) использования источника. Эта еще одна из причин, точнее требований, при проектировании теплонасосных установок за рубежом: теплопотери должны быть не более 60 Вт/м2.


Рис. 3. Натурные показатели темпа выхода на режим панели водяной теплый пол на II этапе.

На третьем этапе (стабильный отопительный режим) кривая фактических температур совершает колебательный процесс относительно кривой расчетных температур. Частота этих колебаний целиком зависит от колебания наружной температуры, длительность колебательных процессов – от продолжительности изменения наружной температуры и инерционности системы водяной теплый пол, а амплитуда колебаний – от инерционности системы водяной теплый пол и применяемых систем и методов автоматизации системы теплоснабжения.

Современное развитие микроэлектроники позволяют сегодня измерять не столько фактическую температуру в помещении, сколько динамику (градиент) ее изменения как в отрицательную сторону (снижение температуры в помещении за счет внешних факторов), так и в положительную сторону (прирост температуры в помещении за период от включения источника отопления). Решение этой задачи (автоматически – решение задачи энергоэффективности) рассматривается современными проектировщиками только в комплексе с применением индивидуальных термостатов по помещениям в системах водяной теплый пол.

При этом, задействование источника тепла с системами водяной теплый пол происходит в импульсном режиме (сектор С на рис. 1): частота включения источника тепла в отопительный процесс совпадает с частотой колебаний (в сторону уменьшения) фактической температуры от расчетной, а длительность – от теплопотерь и инерционности системы.

Инерционность отопления на основе систем водяной теплый пол играет еще одну важную роль - уже в вопросах энергетической устойчивости и безопасности здания. И роль эта, безусловно, положительная. В связи с серьезным износом отечественных сетей, энергоперегруженностью и моральным старением технических схем подключения потребителей любая, даже малая, техногенная авария переходит в нашей стране в каскад одновременно или последовательно (в короткий промежуток времени) лишения потребителя всех, в том числе резервных, источников энергоснабжения.

Т.е. в современных условиях на один из главных рубежей выдвигается условие длительной устойчивости здания (в нашем вопросе тепловой) при длительных перерывах энерго- и, в частности, теплоснабжения.

Отключение системы можно рассматривать как прерывистое прекращение подачи тепла. Процесс охлаждения можно рассчитать по методике прерывистых подач тепла. Такой расчет достаточно сложен, т.к. в начале происходит неупорядоченное изменение температур (в первую очередь температурный градиент зависит от объема нетеплоъемких включений), которое затем сменяется регулярным понижением температуры. Массивные же ограждения в этот период начинают частично отдавать помещению свое тепло. Кроме того, лучистое тепло в результате многократного отражения распределяется по всем поверхностям помещения. Задача теплоустойчивости помещения была решена А.М. Шкловером в режиме прерывистых теплопоступлений только лучистого или только конвективного тепла. Прерывистая подача тепла может быть математически представлена в форме ряда Фурье – суммы гармоник, имеющих разные амплитуды и периоды. Для ряда в целом, как и для слагаемых гармоник, справедливы общие закономерности процесса охлаждения. Напомним, что радиаторная система отопления является на 80-100% конвективной, а теплый пол - на 49% лучистой и на 61% конвективной. Таким образом, при «линейном» (не гармоническом, и не по закону затухающих процессов) рассмотрении вопроса устойчивости: система отопления на базе системы водяной теплый пол в двое более устойчива, чем на базе конвективных систем (радиаторов, конвекторов, вентиляции).

На практике нами получены следующие данные (данные отобраны из критических ситуаций, т.е. отключения электро- или газоснабжения при температурах наружного воздуха в диапазоне -25÷-32°С):

Концепция водяного теплого пола, вкратце, сводится к монтажу между полом и напольным покрытием сети мини трубопроводов, по которым циркулирует теплоноситель – нагретая жидкость (вода, раствор этиленгликоля, антифриза и т.п.).

система водяной теплый пол

Чтобы тепло не шло вниз, укладывается слой теплоизоляции, как правило, из полистирола. Толщина слоя теплоизоляции от 20 до 300 мм в зависимости от типа системы водяного теплого пола и отопительной нагрузки.

Теплоноситель отдает свое тепло материалу, окружающему трубы контуров водяного теплого пола. Это может быть бетон стяжки, алюминиевые пластины, песок и так далее, в зависимости от типа и устройства системы водяного теплого пола.

Далее тепло передается чистовому покрытию. Каждое чистовое покрытие имеет свое термическое сопротивление, зависящее от материала и толщины его изготовления.

От нагретой поверхности пола тепло поднимается вверх, отапливая всё помещение.

Распределение тепла при напольном водяном отоплении и радиаторном отоплении

Благодаря обширной теплоотдающей поверхности возрастает количество излучаемого тепла, которое, в отличие от конвекции при радиаторном отоплении, немедленно распространяет тепло к окружающим предметам. Этот эффект обеспечивает более равномерное горизонтальное и вертикальное распределение тепла. При использовании водяного теплого пола отсутствуют холодные и перегретые зоны, как при отоплении радиаторами (конвекторами, воздушными системами).

Распределение тепла в системе водяной теплый пол

При радиаторном отоплении доля теплоотдачи за счет конвекции составляет 80-100%. То есть, создаются условия, при которых перегретый воздух поднимается вверх и, остывая, опускается вниз. Таким образом, за счет циркуляции воздуха достигается средняя комфортная температура в помещении. Лучистая составляющая в радиаторной системе отопления, как правило, незначительна.

Поскольку люди чувствуют себя более комфортно при прохладном воздухе на уровне головы и теплом у ног, водяной теплый пол представляет собой систему идеального равномерного распределения тепла.

«Применение в помещении плоских греющих поверхностей, отдающих значительное количество тепла излучением, где бы они ни располагались, всегда будет создавать более благоприятный микроклимат, чем при обогреве помещений чисто конвективными приборами».
[Отопление. Андреевский А.К. 2 изд. Высшая школа, 1982.]

«Держи ноги в тепле, а голову в холоде»
[народная мудрость]

Но, необходимо помнить (!), что температура комфорта является исключительно индивидуальной характеристикой человека (для одного это будет 17°С, для другого 22°С и т.д.). В процессе эксплуатации системы водяной теплый пол пользователь сам находит для себя наиболее комфортный диапазон температур, а зональная (покомнатная) автоматика призвана поддерживать эту температуру постоянной. Отсюда и вытекает большое значение комнатных термостатов, которыми некоторые проектировщики или потребители пренебрегают.

Равномерное распределение тепла и обширность поверхности нагрева, помимо комфорта, позволяет использовать в системы водяной теплый пол более низкие температуры теплоносителя. Т.о. водяной теплый пол является низкотемпературной системой отопления, где температура теплоносителя составляет 30-50°С (для сравнения, в радиаторной системе – 70-95°С).

Перепечатка статей, равно как и их отдельных частей, запрещена. Мы хотим оставить за собой право на эксклюзивное размещение данного материала на нашем сайте . Здесь мы делимся знаниями и опытом, наработанными нашей командой за годы работы в сфере проектирования и монтажа инженерных систем.

Инерционность теплых водяных полов
Использование инерционности теплых водяных полов для отопления зданий с низкими общими теплопотерями

Инерционность теплых водяных полов наверх

  1. Тепловая инерционность водяного обогреваемого пола: трудность быстрого изменения температуры, как самого пола, так и воздуха в помещении, обогреваемом только теплым полом.
  2. Точность поддержания температуры воздуха в помещении, отапливаемом только ТП.

1. Теплоинерционность теплого водяного пола.
Теплоинерционность теплого водяного пола при тяжелой (бетонной) конструкции, несомненно, присутствует. Невозможно быстро охладить или нагреть около 120кг бетона, приходящегося на каждый квадратный метр пола помещения с водяным теплым полом. Однако следует для справедливости отметить, что такая потребность возникает редко и актуальна лишь для зданий с периодической эксплуатацией (дачи). Именно на даче бывает необходимо быстро нагреть помещение (скажем, с 10°С до 20°С) во время приезда на выходные. Однако, и в легком (каркасном или деревянном доме), отапливаемом например конвекторами/радиаторами, это тоже не так просто как кажется. Можно быстро прогреть воздух, но стены, полы, потолки и все окружающие предметы еще долго будут иметь низкую температуру, снижая такой параметр, как средняя радиационная температура в помещении, и соответственно комфорт, см. статью Тепловой комфорт (Indoor Thermal Quality).

Немного математики. Для простого повышения температуры массы бетона в полу на 1°С за время в необходима мощность около , что сравнимо со средней мощностью отопления в нормально утепленном здании . Для дома площадью необходима мощность отопления порядка только для того чтобы начать увеличивать температуру стяжки пола с не такой уж и большой скоростью (). Следует заметить, что при этом рост температуры воздуха в этом помещении будет отставать от роста температуры поверхности пола хотя бы из-за наличия массы и теплоемкости у стен, потолков, мебели и самого воздуха; одновременно с этим мощность системы отопления будет тратиться и на компенсацию возрастающих теплопотерь на улицу через оболочку здания.

В общем, для возможности динамичного прогрева массивного здания после пониженной температуры в нем, в любом случае требуется завышенная мощность отопительного котла (на порядка 50%). Это, конечно, является перебором с точки зрения эффективной работы отопительного котла в нормальном режиме эксплуатации. Однако, в некоторых случаях массивность здания может быть даже полезна для согласования завышенной мощности котла с отопительной нагрузкой здания (см. далее).

2. Точность поддержания температуры воздуха.
Якобы низкая точность поддержания температуры воздуха в помещении при отоплении только теплым полом стала крылатым выражением. Мол, при отключении нагрева теплым полом разогретая стяжка продолжает "жарить" и перегревает воздух существенно выше нормы, а включившийся нагрев не может быстро увеличить температуру воздуха и она снижается существенно ниже нормы. Короче, американские горки какие-то. Но так ли это на самом деле? В нашем исследовании Суточные колебания температуры воздуха и пола в помещении, обогреваемом водяным теплым полом ответ скорее отрицательный: точность поддержания температуры воздуха составила около ±0,5°С в течение суток (даже с учетом работы отопительного котла менее 50% времени), а среднесуточная температура воздуха и вовсе была одинакова с точностью в 0,1°С для всех трех дней эксперимента.

  1. Полное отсутствие автоматического регулирования температуры воздуха. Сюда же отнесем и ручное регулирование температурой подачи теплоносителя, которое просто не может успевать за изменениями наружных и внутренних условий (пользователь подходит к котлу/автоматике и изменяет температуру теплоносителя вслед за изменением погоды на улице или своими ощущениями комфорта).
  2. Использование неподходящих методов автоматического регулирования: только погодозависимое регулирование температурой подачи теплоносителя без учета тепловой инерции здания, внутренних теплопоступлений и без контроля внутренней температуры. При этом не удается учитывать такие факторы, как сила ветра, солнечное излучение, работа мощных электроприборов и т.п.
  3. Использование аналоговых термостатов или термостатов с большим гистерезисом (вплоть до ±2°С) при покомнатном регулировании температуры воздуха. Тут понятно: нельзя получить точность регулирования в 1°С, если термостат включает нагрев помещения при 18°С и отключает при достижении температуры в 22°С.

Использование инерционности теплыхводяных полов для отопления зданий с низкими общими теплопотерями наверх

Возьмем для примера дом площадью с удельными теплопотерями около . Кто-то скажет, что это слишком хороший показатель для здания. Однако, он достаточно легко достижим при соответствующем подходе к строительству. Также рассуждения ниже можно применить и к обычному зданию с теплопотерями порядка , но с отапливаемой площадью порядка , и к зданию с теплопотерями площадью около и т.д.

Для отопления таких энергоэффективных или обычных но небольших зданий максимальная требуемая мощность котла в режиме отопления при -24°С на улице составит около . При средней для отопительного периода температуре на улице около 0°С потребуется мощность всего около , при средней температуре на улице +5°С — порядка .

Такие малые мощности доступны лишь в конденсационных котлах, у которых модуляция начинается от порядка (и далеко не у всех). При использовании обычных котлов, минимальная мощность составляет порядка .

Что это значит? Это значит, что работа котлов в системе отопления таких зданий будет приличную часть времени отопительного сезона происходить в режиме старт-стоп. Т.е.: работа на минимально возможной мощности котла с последующей остановкой горелки, выжиданием времени защиты горелки от тактования (от единиц до десятков минут) и последующим её запуском и т.д. Не очень эффективное использование ресурса оборудования и снижение среднегодового коэффициента полезного действия. Ведь, как известно, максимальный КПД для отопительного котла достигается при постоянной работе при непрерывной модуляции пламени (езда на автомобиле по шоссе, а не от светофора к светофору).


Правильное чередование периодов поддержания комфортной и пониженной температуры воздуха в помещениях дома приводит к незначительным колебаниям температуры воздуха в массивном здании, снижает общее время работы отопительного оборудования и одновременно повышает среднюю мощность котла при нагреве.

Что можно предпринять? Используя свойство высокой тепловой инерции здания, отапливаемого теплым водяным полом, можно проделать следующий фокус. Задать с использованием программируемого комнатного термостата или таймера автоматики регулирования теплого пола временные интервалы, в которых требуется поддержание нормальной и пониженной (на несколько градусов) комнатной температуры. Интервалы с комфортной и экономной температурой в помещениях следует чередовать между собой таким образом, чтобы решить следующие задачи:

  1. Колебания температуры воздуха во время пребывания людей (например, с 7:00 до 23:00) не должны быть больше, скажем ±1°С, чтобы не ухудшать комфорт жильцов.
  2. Интервалы работы и простоя котла должны приводить к работе горелки котла в разрешенное время в режиме не менее минимальной ее мощности и снижать количество тактований горелки. Т.е. если каждые три часа котел переходит в режим поддержания комфортной температуры в помещении (22,0°С) после поддержания экономичной температуры (18,0°С) также в течение трех часов, то средняя мощность горелки во время работы котла увеличивается примерно в 2 раза. И для нашего примера при 0°С на улице составит около . Тактования котла при этом сократятся до 4-х в сутки! Конечно, временные интервалы работы и простоя котла (поддержания комфортной и пониженной/экономной температуры в помещении) следует подбирать индивидуально для каждого здания с учетом его специфики.


Использование массивности здания для накопления тепловой энергии при отоплении электричеством в ночном тарифе. Для сдерживания чрезмерного снижения температуры воздуха в доме может потребоваться включение нагрева в дневное время всего на несколько часов.

Для повышения тепловой инерции здания может использование толщины стяжки теплого пола до значений около , использование тяжелых внутренних перегородок и стен, оштукатуренных тяжелыми составами и открытых массивных перекрытий.

Если вам необходимо осуществить проектирование и монтаж инженерных систем для вашего дома в Минске и Минском районе; вы хотите получить консультации и выполнить монтаж системы отопления, водоснабжения, канализации, вентиляции, встроенного пылесоса, выполнить электромонтажные работы; сделать необходимые расчеты и подобрать оборудование; либо вы столкнулись с трудностями при реализации ваших идей — мы будем рады вам помочь.

Перепечатка статей, равно как и их отдельных частей, запрещена. Мы хотим оставить за собой право на эксклюзивное размещение данного материала на нашем сайте . Здесь мы делимся знаниями и опытом, наработанными нашей командой за годы работы в сфере проектирования и монтажа инженерных систем.

Объект исследования
Полученные результаты
Анализ полученных результатов
Выводы

Объект исследования наверх

В течение трех дней отопительного периода 13, 23 и 26 февраля ( холодные сутки зимы) каждые полчаса проводились измерения температуры поверхности теплого пола и температуры воздуха в помещении дома, описанного в наших статьях:
Энергоэффективный дом. Проектирование,
Энергоэффективный дом. Монтаж.

Измерения температуры пола проводились бесконтактным ИК-термометром Microlife NC100 (в режиме измерения температуры ограждающих поверхностей, разрешающая способность 0,1°С) в центральной зоне помещения, в одном и том же месте. Для усреднения показаний температуры по поверхности пола замеры производились по Г-образной траектории длиной около 4м с высоты около 1м. Замеры температуры воздуха производились также в центральной зоне этого пространства с использованием сухого термометра психрометрического гигрометра , цена деления шкалы 0,2°С. Следует отметить, что сухой термометр данного гигрометра достаточно чувствителен: наблюдается рост температуры при приближении к нему человека. Поэтому показания снимались, как рекомендует инструкция: сначала считывались десятые доли градусов, затем — целые.

Помещение площадью около представляет собой открытое пространство совмещенной кухни-гостиной и расположено на первом этаже. Данное помещение, как и весь дом, отапливается только водяными теплыми полами. Пирог пола: железобетонная плита перекрытия над подвалом (средняя температура в подвале +16°С), утеплитель XPS толщиной , труба теплого пола , полусухая машинная стяжка общей средней высотой , финишное напольное покрытие — керамический гранит на слое плиточного клея толщиной . В помещении есть большое окно площадью , выходящее на юго-восток и остекление на северо-западе (). В зимнее время при низком солнце первое окно вносит вклад в теплопритоки помещения (см. ниже замеры 26 февраля).

В стяжке пола данного помещения располагается три петли водяного теплого пола, средняя длина петель около 66м, тип укладки труб — улитка, средний шаг укладки . Петли теплого пола питаются от коллектора, подключенного напрямую к газовому конденсационному котлу. Температура подачи в систему отопления постоянна в течение всего отопительного сезона и составляет 42°С, температура обратки — порядка . При данных параметрах максимальная мощность, которую можно получить с поверхности теплого пола составляет около (средняя мощность будет ниже ввиду работы прерывистом режиме, см. ниже). Для регулирования температуры воздуха в данном помещении (и в других помещениях дома также) используется комнатный цифровой термостат , подключенный через контроллер и таймер к термоэлектрическим сервоприводам, установленным на каждой петле теплого пола. Циркуляционный насос котла создает в петлях данного помещения расход , в зависимости от количества одновременно открытых петель в других помещениях дома. Таймер задает работу термостатов на поддержание комфортной температуры (около 21°С) и режима поддержания пониженной, экономной температуры (около 17°С).


, и — комфортная температура;
, и — экономная температура.

Из-за инерции здания температура воздуха не успевает снизится до 17°С, однако это дает некоторый выигрыш в защите от тактования котла и экономии его ресурса (в течение суток котел работает не более 11 часов). Также, см. статью. Инерционность теплых водяных полов.

Полученные результаты наверх

Результаты измерений представлены на графиках ниже. На них видны кривые суточных колебаний температур поверхности пола (синяя сплошная линия), воздуха (синяя пунктирная линия), тепловой мощности пола (красная сплошная линия). На графике отмечены даты и среднесуточные температуры уличного воздуха (согласно данным климатических станций). По горизонтальной оси отложено время суток, по вертикальной — температуры поверхности пола и воздуха в помещении (слева) и мощность, выделяемая теплым полом (справа). Мощность, выделяемая поверхностью теплого пола, вычислялась по разности температур между полом и воздухом. Тонкие горизонтальные линии на графике — среднесуточные температуры пола, воздуха и среднесуточная мощность отопления от плиты теплого пола. Желтые области "нагрев" обозначают время работы петель теплого пола в данном помещении, согласно индикации на термостате отопления.


Кривые суточных колебаний температуры воздуха, поверхности теплого водяного пола и мощности от плиты теплого пола 13 февраля 2018г. Среднесуточная температура уличного воздуха -2°С. Общее время работы котла составило за сутки. Колебания температуры воздуха в помещении в период с 7:00 до 23:00 составили не более 0,7°С.


Кривые суточных колебаний температуры воздуха, поверхности теплого водяного пола и мощности от плиты теплого пола 23 февраля 2018г. Среднесуточная температура уличного воздуха -12°С. Общее время работы котла составило за сутки. Колебания температуры воздуха в помещении в период с 7:00 до 23:00 составили не более 0,6°С.


Кривые суточных колебаний температуры воздуха, поверхности теплого водяного пола и мощности от плиты теплого пола 26 февраля 2018г. Самые холодные сутки отопительного сезона : среднесуточная температура уличного воздуха -16°С. Общее время работы котла составило за сутки. Колебания температуры воздуха в помещении в период с 7:00 до 23:00 составили не более 1,8°С.

Анализ полученных результатов наверх

Можно выделить общие закономерности работы отопления в данном здании.

  1. Скорость нагрева поверхности теплого пола при включении циркуляции нагретого теплоносителя была практически одинаковой для всех дней и составила в среднем около 1,0°К/час. Рост температуры поверхности теплого пола начинался лишь спустя 1 час после включения термостата на нагрев и запуска циркуляции. Пик роста температуры поверхности теплого пола наступал спустя 0,5 часа после прекращения нагрева.
  2. Скорость остывания поверхности теплого пола при отключении циркуляции теплоносителя в петлях теплого пола составила от 0,4°К/час (при -2°С на улице) до 0,7°К/час (при -16°С на улице).
  3. Скорость роста температуры воздуха при включении циркуляции нагретого теплоносителя составила в среднем около . Рост температуры воздуха начинался лишь спустя 1,5 часа после включения термостата на нагрев. Максимум температуры воздуха наступал спустя 0,5 часа после пика температуры пола или спустя 1,0 часа после прекращения нагрева, при этом повышение температуры по инерции составляло всего .
  4. Скорость снижения температуры воздуха при отключении циркуляции нагретого теплоносителя в петлях теплого пола была практически одинаковой для всех дней и составила в среднем около
  5. Колебания температуры воздуха в помещении в период с 7:00 до 23:00 (период пребывания людей) составил от ±0,3°С до ±0,9°С. Последняя цифра обусловлена тем, что в эти самые холодные сутки зимы температура воздуха просто не успела подняться после ночного снижения температуры (значимый рост начался только в 7:00), а также из-за солнечного излучения через окно (см. период с 9:00 до 15:00), в это время даже не включался нагрев от котла.
  6. Максимум тепловой мощности от поверхности теплого пола совпадает с максимальным прогревом поверхности пола (спустя 0,5 часа после прекращения нагрева плиты): в это время наблюдается максимальная разность температур между полом и воздухом. Максимум мощности составил около 56Вт/м² для самых холодных суток зимы и лишь немногим превысил пик (53Вт/м²) для 23.02.2018г., что можно объяснить высокой тепловой инерцией здания.
  7. Минимальная мощность от теплого пола не опускалась ниже даже при отключении нагрева пола в ночное время (длительность ночного снижения температуры ), т.к. температура пола была выше температуры воздуха
  8. Среднесуточная температура воздуха в помещении для всех трех дней измерений оказалась равной и составила 21,2°С.

Выводы наверх

Наблюдается высокая инерционность здания и системы отопления теплым водяным полом. Что для зданий с постоянной эксплуатацией (ПМЖ) является скорее достоинством, чем недостатком. Колебания уличной температуры воздуха, теплопритоки от солнца и внутренних источников не влияют существенным образом на среднюю температуру воздуха в доме. Нагрев и остывание воздуха в помещении, отапливаемого только теплым водяным полом, происходят медленно (для массивного здания порядка 0,2°С/час), но предсказуемо. Процесс может быть оценен и спрогнозирован для возможности автоматического снижения/повышения температуры воздуха по расписанию.

Точность поддержания внутренней температуры воздуха в доме была достаточно высокой, что в первую очередь обусловлено применением комнатных цифровых термостатов () с гистерезисом порядка ±0,5°С. Высокая чувствительность данных приборов косвенно подтверждается следующими наблюдениями. Часто замечается отключение нагрева помещения данными термостатами (особенно при приближении температуры воздуха к значению уставки термостата) при нахождении вблизи них человека. Очевидно, что данные термостаты реагируют не только на температуру воздуха, но и тепловое излучение от окружающей обстановки. Это лишний раз подтверждает, что следует внимательно относиться к выбору мест размещения термостатов.

Если вам необходимо осуществить проектирование и монтаж инженерных систем для вашего дома в Минске и Минском районе; вы хотите получить консультации и выполнить монтаж системы отопления, водоснабжения, канализации, вентиляции, встроенного пылесоса, выполнить электромонтажные работы; сделать необходимые расчеты и подобрать оборудование; либо вы столкнулись с трудностями при реализации ваших идей — мы будем рады вам помочь.

Читайте также: