Cálculo de tubos para pisos aquecidos: seleção de tubos de acordo com os parâmetros, escolha da etapa de assentamento + exemplo de cálculo

Apesar da complexidade de instalação, o piso radiante com circuito de água é considerado um dos métodos mais económicos de aquecimento de uma divisão. Para que o sistema funcione da forma mais eficiente possível e não cause falhas, é necessário calcular corretamente os tubos para pisos aquecidos - determinar o comprimento, passo do loop e padrão de colocação do circuito.

O conforto da utilização do aquecimento de água depende em grande parte destes indicadores. São estas questões que examinaremos no nosso artigo - diremos como escolher a melhor opção de tubos, tendo em conta as características técnicas de cada tipo. Além disso, depois de ler este artigo, você poderá escolher a etapa correta de instalação e calcular o diâmetro e comprimento necessários do contorno do piso aquecido para uma sala específica.

Parâmetros para cálculo do circuito térmico

Na fase de projeto, é necessário resolver uma série de questões que determinam características de design piso quente e modo de operação - selecione a espessura da mesa, bomba e outros equipamentos necessários.

Os aspectos técnicos da organização de um ramo de aquecimento dependem em grande parte da sua finalidade. Além da finalidade, para calcular com precisão a metragem do circuito de água, serão necessários vários indicadores: área de cobertura, densidade do fluxo de calor, temperatura do líquido refrigerante, tipo de revestimento do piso.

Área de cobertura da tubulação

Ao determinar as dimensões da base para colocação de tubos, leve em consideração o espaço que não está lotado de grandes equipamentos e móveis embutidos. É necessário pensar com antecedência na disposição dos objetos na sala.

Se um piso de água for utilizado como principal fornecedor de calor, sua potência deverá ser suficiente para compensar 100% das perdas de calor. Se a bobina for um complemento ao sistema de radiador, ela deverá cobrir 30-60% dos custos de energia térmica da sala

Fluxo de calor e temperatura do líquido refrigerante

A densidade do fluxo de calor é um indicador calculado que caracteriza a quantidade ideal de energia térmica para aquecer uma sala. O valor depende de uma série de fatores: condutividade térmica de paredes, tetos, área envidraçada, presença de isolamento e taxa de troca de ar. Com base no fluxo de calor, a etapa de colocação do circuito é determinada.

A temperatura máxima do líquido refrigerante é de 60 °C. No entanto, a espessura da betonilha e do revestimento do piso reduz a temperatura - na verdade, observa-se cerca de 30-35 ° C na superfície do piso. A diferença entre os indicadores de temperatura na entrada e na saída do circuito não deve exceder 5 °C.

Tipo de piso

O acabamento afeta a eficiência do sistema. Ótima condutividade térmica de ladrilhos e grés porcelanato - a superfície aquece rapidamente.Um bom indicador da eficiência do circuito de água quando se utiliza laminado e linóleo sem camada de isolamento térmico. Os revestimentos de madeira apresentam a menor condutividade térmica.

O grau de transferência de calor também depende do material de enchimento. O sistema é mais eficaz quando se utiliza concreto pesado com agregado natural, por exemplo, seixos marinhos finos.

A argamassa de cimento-areia proporciona um nível médio de transferência de calor quando o refrigerante é aquecido a 45 ° C. A eficiência do circuito cai significativamente ao instalar uma mesa semisseca

Ao calcular tubos para pisos aquecidos, deve-se levar em consideração os padrões estabelecidos para o regime de temperatura do revestimento:

• 29ºC - sala de estar;
• 33ºC – ambientes com alta umidade;
• 35ºC – zonas de passagem e zonas frias – áreas ao longo das paredes finais.

As características climáticas da região desempenharão um papel importante na determinação da densidade do circuito hídrico. Ao calcular a perda de calor, deve-se levar em consideração a temperatura mínima no inverno.

Como mostra a prática, o isolamento preliminar de toda a casa ajudará a reduzir a carga. Faz sentido primeiro isolar termicamente a sala e depois começar a calcular a perda de calor e os parâmetros do circuito da tubulação.

Avaliação das propriedades técnicas na escolha de tubos

Devido às condições operacionais não padronizadas, são impostas altas exigências ao material e ao tamanho da serpentina de piso de água:

• inércia química, resistência a processos corrosivos;
• Revestimento interno absolutamente liso, não propenso à formação de depósitos de calcário;
• força – as paredes estão constantemente expostas ao refrigerante por dentro e à betonilha por fora; o tubo deve suportar uma pressão de até 10 bar.

É desejável que o ramo de aquecimento tenha uma gravidade específica pequena.A torta do piso d'água já coloca uma carga significativa no teto, e uma tubulação pesada só vai agravar a situação.

Segundo SNiP, é proibida a utilização de tubos soldados em sistemas de aquecimento fechados, independente do tipo de costura: espiral ou reta

Três categorias de tubos laminados atendem aos requisitos listados em um grau ou outro: polietileno reticulado, metal-plástico e cobre.

Opção nº 1 - polietileno reticulado (PEX)

O material tem uma estrutura de células largas de ligações moleculares. O polietileno modificado difere do polietileno convencional pela presença de ligamentos longitudinais e transversais. Esta estrutura aumenta a gravidade específica, a resistência mecânica e a resistência química.

Um circuito de água feito de tubos PEX tem uma série de vantagens:

• alta elasticidade, permitindo a instalação de uma bobina com pequeno raio de curvatura;
• segurança – quando aquecido, o material não emite componentes nocivos;
• resistência ao calor: amolecimento – a partir de 150 °C, fusão – 200 °C, combustão – 400 °C;
• mantém a estrutura durante flutuações de temperatura;
• resistência a danos - destruidores biológicos e reagentes químicos.

O gasoduto mantém seu rendimento original - nenhum sedimento é depositado nas paredes. A vida útil estimada de um circuito PEX é de 50 anos.

As desvantagens do polietileno reticulado incluem: medo da luz solar, efeitos negativos do oxigênio ao penetrar na estrutura, necessidade de fixação rígida da bobina durante a instalação

Existem quatro grupos de produtos:

1. PEX-a – reticulação de peróxido. É alcançada a estrutura mais durável e uniforme com uma densidade de ligação de até 75%.
2. PEX-b – reticulação de silano. A tecnologia utiliza silanetos - substâncias tóxicas inaceitáveis ​​para uso doméstico. Os fabricantes de produtos de encanamento o substituem por um reagente seguro. Tubos com certificado higiênico são aceitáveis ​​para instalação. Densidade de ligação cruzada – 65-70%.
3. PEX-c – método de radiação. O polietileno é irradiado com um fluxo de raios gama ou elétrons. Como resultado, as ligações são compactadas em até 60%. Desvantagens do PEX-c: uso inseguro, reticulação irregular.
4. PEX-d – nitretação. A reação para criar uma rede ocorre devido aos radicais de nitrogênio. A saída é um material com densidade de reticulação de cerca de 60-70%.

As características de resistência dos tubos PEX dependem do método de reticulação do polietileno.

Se você optou por tubos de polietileno reticulado, recomendamos que você se familiarize com regras de arranjo sistemas de piso radiante deles.

Opção nº 2 – metal-plástico

O líder em tubos laminados para instalação de pisos aquecidos é o metal-plástico. Estruturalmente, o material inclui cinco camadas.

O revestimento interno e o revestimento externo são de polietileno de alta densidade, o que confere ao tubo a suavidade e resistência ao calor necessárias. Camada intermediária – espaçador de alumínio

O metal aumenta a resistência da linha, reduz a taxa de expansão térmica e atua como uma barreira antidifusão - bloqueia o fluxo de oxigênio para o refrigerante.

Características dos tubos de metal-plástico:

• boa condutividade térmica;
• capacidade de manter uma determinada configuração;
• temperatura de operação com preservação de propriedades – 110 °C;
• baixa gravidade específica;
• movimento silencioso do refrigerante;
• segurança de uso;
• resistência à corrosão;
• vida útil – até 50 anos.

A desvantagem dos tubos compostos é a inadmissibilidade de flexão em torno do eixo.Torções repetidas correm o risco de danificar a camada de alumínio. Recomendamos que você leia tecnologia de instalação correta tubos de metal-plástico, o que ajudará a evitar danos.

Opção #3 – tubos de cobre

Em termos de características técnicas e operacionais, o metal amarelo será a melhor escolha. Porém, sua demanda é limitada pelo seu alto custo.

Comparado aos dutos sintéticos, o circuito de cobre ganha em vários pontos: condutividade térmica, resistência térmica e física, variabilidade ilimitada de flexão, impermeabilidade absoluta a gases

Além de serem caras, as tubulações de cobre têm uma desvantagem adicional – a complexidade instalação. Para dobrar o contorno você precisará de uma prensa ou dobrador de tubos.

Opção nº 4 – polipropileno e aço inoxidável

Às vezes, um ramal de aquecimento é criado a partir de tubos corrugados de polipropileno ou aço inoxidável. A primeira opção é acessível, mas bastante rígida na flexão - o raio mínimo é oito vezes o diâmetro do produto.

Isso significa que os tubos com tamanho padrão de 23 mm deverão ser colocados a uma distância de 368 mm um do outro - um passo de assentamento aumentado não garantirá um aquecimento uniforme.

Os tubos de aço inoxidável possuem alta condutividade térmica e boa flexibilidade. Desvantagens: fragilidade dos elásticos de vedação, criação de forte resistência hidráulica pela ondulação

Possíveis maneiras de traçar o contorno

Para determinar o consumo de tubos para a instalação de piso aquecido, deve-se decidir a disposição do circuito de água. A principal tarefa do planeamento do layout é garantir um aquecimento uniforme, tendo em conta as zonas frias e não aquecidas da divisão.

São possíveis as seguintes opções de layout: cobra, cobra dupla e caracol.Ao escolher um esquema, é necessário levar em consideração o tamanho, a configuração da sala e a localização das paredes externas

Método #1 – cobra

O refrigerante é fornecido ao sistema ao longo da parede, passa pela bobina e retorna para coletor de distribuição. Neste caso, metade da sala é aquecida com água quente e o restante com água resfriada.

Ao deitar com cobra, é impossível conseguir um aquecimento uniforme - a diferença de temperatura pode chegar a 10 ° C. O método é aplicável em espaços estreitos.

O design da cobra de canto é ideal se você precisar isolar ao máximo uma zona fria perto da parede final ou no corredor

A cobra dupla permite uma transição de temperatura mais suave. Os circuitos direto e reverso funcionam paralelos entre si.

Método #2 – caracol ou espiral

Este é considerado o esquema ideal para garantir o aquecimento uniforme do piso. Ramos diretos e reversos são colocados alternadamente.

Uma vantagem adicional do “casco” é a instalação de um circuito de aquecimento com rotação suave da curva. Este método é relevante ao trabalhar com tubos com flexibilidade insuficiente.

Para grandes áreas, é implementado um esquema combinado. A superfície é dividida em setores e um circuito separado é desenvolvido para cada um deles, levando a um coletor comum. No centro da sala, o gasoduto é disposto como um caracol e ao longo das paredes externas - como uma cobra.

Temos outro artigo em nosso site no qual discutimos em detalhes diagramas de instalação piso radiante e forneceu recomendações sobre a escolha da opção ideal em função das características de uma determinada divisão.

Método de cálculo de tubo

Para não se confundir nos cálculos, sugerimos dividir a solução do problema em várias etapas.Em primeiro lugar, é necessário estimar a perda de calor da divisão, determinar a etapa de assentamento e depois calcular o comprimento do circuito de aquecimento.

Princípios de projeto de circuito

Ao iniciar os cálculos e criar um esboço, você deve se familiarizar com as regras básicas para a localização do circuito de água:

1. É aconselhável colocar tubos ao longo da abertura da janela - isto reduzirá significativamente a perda de calor do edifício.
2. A área de cobertura recomendada de um circuito de água é de 20 metros quadrados. M. Em salas grandes é necessário dividir o espaço em zonas e instalar um ramo de aquecimento separado para cada uma.
3. A distância da parede ao primeiro ramal é de 25 cm O passo permitido das voltas do tubo no centro da sala é de até 30 cm, nas bordas e em zonas frias – 10-15 cm.
4. A determinação do comprimento máximo do tubo para piso radiante deve basear-se no diâmetro da bobina.

Para um circuito com seção transversal de 16 mm não são permitidos mais de 90 m, o limite para uma tubulação com espessura de 20 mm é de 120 m O cumprimento das normas garantirá a pressão hidráulica normal no sistema.

A tabela mostra a vazão aproximada do tubo, dependendo do passo do loop. Para obter dados mais precisos, deve-se levar em consideração a margem de giro e a distância até o coletor

Fórmula básica com explicações

O comprimento do contorno do piso aquecido é calculado pela fórmula:

L=S/n*1,1+k,

Onde:

• eu — o comprimento necessário da rede de aquecimento;
• S – área coberta;
• n – passo de assentamento;
• 1,1 – fator padrão de reserva de flexão de dez por cento;
• k – distância do coletor ao chão – é considerada a distância até a fiação do circuito de alimentação e retorno.

A área de cobertura e o passo das curvas terão um papel decisivo.

Para maior clareza, no papel é necessário traçar uma planta baixa indicando as dimensões exatas e indicar a passagem do circuito de água

Deve-se lembrar que não é recomendável colocar tubos de aquecimento sob grandes eletrodomésticos e móveis embutidos. Os parâmetros dos itens designados devem ser subtraídos da área total.

Para selecionar a distância ideal entre os ramos, é necessário realizar manipulações matemáticas mais complexas, operando com a perda de calor do ambiente.

Cálculo de engenharia térmica com determinação do passo do circuito

A densidade dos tubos afeta diretamente a quantidade de fluxo de calor que emana do sistema de aquecimento. Para determinar a carga necessária, é necessário calcular os custos de aquecimento no inverno.

Os custos térmicos através dos elementos estruturais do edifício e da ventilação devem ser totalmente compensados ​​pela energia térmica gerada pelo circuito de água

A potência do sistema de aquecimento é determinada pela fórmula:

M=1,2*Q,

Onde:

• M – desempenho do circuito;
• P – perda total de calor da sala.

O valor de Q pode ser decomposto em componentes: consumo de energia através das estruturas de fechamento e custos causados ​​pela operação do sistema de ventilação. Vamos descobrir como calcular cada um dos indicadores.

Perda de calor através de elementos de construção

É necessário determinar o consumo de energia térmica para todas as estruturas envolventes: paredes, tetos, janelas, portas, etc. Fórmula de cálculo:

Q1=(S/R)*Δt,

Onde:

• S – área do elemento;
• R - resistência térmica;
• Δt – a diferença entre a temperatura interna e externa.

Na determinação de Δt, é utilizado o indicador da época mais fria do ano.

A resistência térmica é calculada da seguinte forma:

R=A/Kt,

Onde:

• A – espessura da camada, m;
• TC – coeficiente de condutividade térmica, W/m*K.

Para elementos estruturais combinados, a resistência de todas as camadas deve ser somada.

O coeficiente de condutividade térmica dos materiais de construção e isolamento pode ser obtido em um livro de referência ou consultado na documentação que acompanha um produto específico.

Fornecemos mais valores do coeficiente de condutividade térmica para os materiais de construção mais populares na tabela contida no próximo artigo.

Perda de calor na ventilação

Para calcular o indicador, é utilizada a fórmula:

Q2=(V*K/3600)*C*P*Δt,

Onde:

• V – volume da sala, metros cúbicos. m;
• K – taxa de câmbio aéreo;
• C – capacidade calorífica específica do ar, J/kg*K;
• P – densidade do ar à temperatura ambiente normal – 20 °C.

A taxa de câmbio aéreo da maioria dos quartos é igual a um. A exceção é para casas com barreira interna de vapor - para manter um microclima normal, o ar deve ser renovado duas vezes por hora.

A capacidade térmica específica é um indicador de referência. À temperatura padrão sem pressão, o valor é 1005 J/kg*K.

A tabela mostra a dependência da densidade do ar com a temperatura ambiente sob condições de pressão atmosférica - 1,0132 bar (1 Atm)

Perda total de calor

A quantidade total de perda de calor na sala será igual a: Q = Q1 * 1,1 + Q2. Coeficiente 1.1 – aumento dos custos de energia em 10% devido à infiltração de ar através de fissuras e fugas nas estruturas dos edifícios.

Multiplicando o valor obtido por 1,2, obtemos a potência necessária do piso aquecido para compensar a perda de calor. Usando um gráfico de fluxo de calor versus temperatura do líquido refrigerante, você pode determinar o passo e o diâmetro apropriados do tubo.

A escala vertical é o regime de temperatura média do circuito de água, a escala horizontal é o indicador da produção de energia térmica pelo sistema de aquecimento por 1 m2. eu

Os dados são relevantes para pisos aquecidos sobre betonilha de areia-cimento com espessura de 7 mm, o material de revestimento é o ladrilho cerâmico. Para outras condições, os valores devem ser ajustados para levar em conta a condutividade térmica do acabamento.

Por exemplo, ao colocar carpetes, a temperatura do líquido refrigerante deve ser aumentada em 4-5 °C. Cada centímetro adicional de betonilha reduz a transferência de calor em 5-8%.

Escolha final do comprimento do contorno

Conhecendo o passo de assentamento das bobinas e a área coberta, é fácil determinar a vazão dos tubos. Se o valor obtido for superior ao valor permitido, é necessário instalar vários circuitos.

É ideal que os loops tenham o mesmo comprimento - não há necessidade de ajustar ou equilibrar nada. No entanto, na prática, é mais frequentemente necessário romper a rede de aquecimento em diferentes secções.

A dispersão dos comprimentos dos contornos deve permanecer entre 30-40%. Dependendo da finalidade e do formato da sala, você pode “brincar” com o passo do loop e os diâmetros dos tubos

Um exemplo específico de cálculo de um ramal de aquecimento

Suponhamos que você precise determinar os parâmetros do circuito térmico de uma casa com área de 60 metros quadrados.

Para o cálculo serão necessários os seguintes dados e características:

• dimensões da sala: altura – 2,7 m, comprimento e largura – 10 e 6 m, respectivamente;
• a casa tem 5 janelas de metal-plástico de 2 m². m;
• paredes externas - concreto aerado, espessura - 50 cm, Kt = 0,20 W/mK;
• isolamento adicional de parede – espuma de poliestireno 5 cm, Kt=0,041 W/mK;
• material do teto – laje de concreto armado, espessura – 20 cm, Kt=1,69 W/mK;
• isolamento do sótão – placas de espuma de poliestireno com 5 cm de espessura;
• dimensões da porta de entrada - 0,9 * 2,05 m, isolamento térmico - espuma de poliuretano, camada - 10 cm, Kt = 0,035 W/mK.

A seguir, vejamos um exemplo passo a passo de como realizar o cálculo.

Passo 1 - cálculo da perda de calor através de elementos estruturais

Resistência térmica de materiais de parede:

• concreto aerado: R1=0,5/0,20=2,5 ​​m²*K/W;
• poliestireno expandido: R2=0,05/0,041=1,22 m²*K/W.

A resistência térmica da parede como um todo é: 2,5 + 1,22 = 3,57 sq. m*K/W. Consideramos que a temperatura média na casa é de +23 °C, a temperatura mínima no exterior é de 25 °C com sinal negativo. A diferença nos indicadores é de 48 °C.

Cálculo da área total da parede: S1=2,7*10*2+2,7*6*2=86,4 m². M. Do indicador obtido é necessário subtrair o tamanho das janelas e portas: S2 = 86,4-10-1,85 = 74,55 m2. m.

Substituindo os indicadores obtidos na fórmula, obtemos perda de calor na parede: Qc=74,55/3,57*48=1002 W

Por analogia, são calculados os custos de aquecimento através de janelas, portas e tetos. Para avaliar as perdas de energia pelo sótão, é levada em consideração a condutividade térmica do material do piso e do isolamento

A resistência térmica final do teto é: 0,2/1,69+0,05/0,041=0,118+1,22=1,338 sq. m*K/W. A perda de calor será: Qp=60/1,338*48=2152 W.

Para calcular a fuga de calor pelas janelas, é necessário determinar o valor médio ponderado da resistência térmica dos materiais: janela com vidro duplo - 0,5 e perfil - 0,56 m2. m*K/W respectivamente.

Ro=0,56*0,1+0,5*0,9=0,56 m²*K/W. Aqui 0,1 e 0,9 são a proporção de cada material na estrutura da janela.

Perda de calor pela janela: Q®=10/0,56*48=857 W.

Tendo em conta o isolamento térmico da porta, a sua resistência térmica será: Rd=0,1/0,035=2,86 sq. m*K/W. Qd=(0,9*2,05)/2,86*48=31 W.

A perda total de calor através dos elementos envolventes é: 1002+2152+857+31=4042 W. O resultado deve ser aumentado em 10%: 4042*1,1=4446 W.

Etapa 2 - calor para aquecimento + perda geral de calor

Primeiro, vamos calcular o consumo de calor para aquecer o ar que entra. Volume da sala: 2,7*10*6=162 metros cúbicos. m. Consequentemente, a perda de calor pela ventilação será: (162*1/3600)*1005*1,19*48=2583 W.

De acordo com estes parâmetros da sala, os custos totais de aquecimento serão: Q=4446+2583=7029 W.

Etapa 3 - potência necessária do circuito térmico

Calculamos a potência ideal do circuito necessária para compensar a perda de calor: N=1,2*7029=8435 W.

Próximo: q=N/S=8435/60=141 W/m².

Com base no desempenho exigido do sistema de aquecimento e na área ativa da sala, é possível determinar a densidade do fluxo de calor por 1 metro quadrado. eu

Passo 4 - determinação do passo de assentamento e comprimento do contorno

O valor resultante é comparado com o gráfico de dependência. Se a temperatura do líquido refrigerante no sistema for 40 °C, então um circuito com os seguintes parâmetros é adequado: passo – 100 mm, diâmetro – 20 mm.

Se circular água aquecida a 50 °C na rede, o intervalo entre os ramais pode ser aumentado para 15 cm e pode ser utilizado um tubo com seção transversal de 16 mm.

Calculamos o comprimento do contorno: L=60/0,15*1,1=440 m.

Separadamente, é necessário levar em consideração a distância dos coletores ao sistema de aquecimento.

Como se pode verificar pelos cálculos, para instalar um piso de água será necessário fazer pelo menos quatro circuitos de aquecimento. Como instalar e proteger corretamente os tubos, bem como outros segredos de instalação, nós revisado aqui.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

As análises visuais de vídeo ajudarão você a fazer um cálculo preliminar do comprimento e da inclinação do circuito térmico.

Escolhendo a distância mais eficaz entre ramificações de um sistema de piso radiante:

Um guia para saber o comprimento do laço do piso aquecido em uso:

O método de cálculo não pode ser chamado de simples. Ao mesmo tempo, muitos fatores que afetam os parâmetros do circuito devem ser levados em consideração. Se você planeja usar o piso d'água como única fonte de calor, então é melhor confiar esse trabalho a profissionais - erros na fase de planejamento podem custar caro.

Você mesmo calcula a metragem necessária dos tubos para pisos aquecidos e seu diâmetro ideal? Talvez você ainda tenha dúvidas que não abordamos neste material? Pergunte aos nossos especialistas na seção de comentários.

Se você é especialista em cálculo de tubos para instalação de pisos aquecidos a água e tem algo a acrescentar ao material apresentado acima, escreva seus comentários abaixo no artigo.