Lattialämmityksen suunnittelu

Transkriptio

1 MAKING MODERN LIVING POSSIBLE Käsikirja

2

3 Suunnittelukriteerit Kuluneiden vuosikymmenten aikana rakennusmenetelmien muutokset ovat aiheuttaneet sen, että asuntojen lämmitykseen kohdistuu pienempiä vaatimuksia, jolloin Danfossin lattialämmitys vastaa tasaiselle ja fysiologisesti hyväksyttäville pintalämpötiloille asetettuja vaatimuksia. Joissain tiloissa kuten kylpyhuoneissa lisälämmitys voi olla tarpeen, koska ammeen ja suihkun alla olevia alueita ei voida lämmittää ja tiloihin vaaditaan korkeampi lämpötila (24 C normaalin 20 C:een sijaan). Kyseisissä tiloissa lattialämmitys ylläpitää lattian lämpötilaa ja lisälämmitys saadaan muista lähteistä kuten seinälämmityksestä, lämmitetyistä pyyhetelineistä jne. Vaadittavat tiedot laskelmia varten: Yksityiskohtainen pohjapiirros, ulkoseinien rakenne, ikkunoiden koko ja tyyppi (tarvitaan EN standardin mukaisen lämpökuorman laskemiseen). Lattiapinnoitteen tyyppi ja sen lämmöneristävyys R λ,b, koska lämmönluovutusteho riippuu erityisesti tasoituslaastin päälle asennetusta lattiarakenteesta. EN standardin mukaan lämmöneristävyys R λ,b = 0,1 m² K/W olohuoneissa ja R λ,b = 0,0 m² K/W kylpyhuoneissa. Muista, enintään 0,15 m² K/ W:n arvoista on sovittava erikseen. Rakennussuunnitelmat, rakennuspiirustukset ja kaikki huonetiedot on näytettävä. Laskelmien teon jälkeen putkikaavio ja -tiedot lisätään rakennussuunnitelmaan. Danfossin lomakkeet laskelmia varten. Lattialämmityksen standardit Seuraavat standardit on otettava huomioon lattialämmitystä suunniteltaessa ja asennettaessa: EN 1991: Rakenteiden kuormat EN 1264: Lattialämmitys, järjestelmät ja osat DIN 4109: Äänieristys rakennusteollisuudessa ISO EN 140-8: Rakennusten ja rakennuselementtien äänieristyksen mitoittaminen EN 13813: Tasoitusmateriaalit ja lattian tasoituslaastit Paikalliset rakennusmääräykset. Ammatilliset tiedot rajapintojen toteutuksesta lattian alle asennettavia lämmitysjärjestelmiä suunniteltaessa (ref: BVF). Huom. EN standardi on keskeinen lattialämmityksen asennuksessa. Kun noudatetaan standardia EN "Tasoitusmateriaalit ja lattian tasoituslaastit", Danfossin kolme Basic-järjestelmän rakennetta ovat mahdollisia. Arvioidut esilaskelmat Danfoss SpeedUp- ja Basic-järjestelmien käsikirjojen tehotaulukoista käy ilmi erilaiset huoneen lämpötilat sekä keskuslämmitysjärjestelmän veden lämpötila suhteessa erilaisiin lattiapäällysteisiin. Taulukoissa annetaan laskelmat keskuslämmitysjärjestelmän veden lämpötilasta, jonka lattian alle asennettava lämmitys vaatii saavuttaakseen halutun tehon. Vaadittava lämmönlähteen ylälämpötila määrittää menoveden lämpötilan, joka on kuvattu yksityiskohtaisemmin kappaleessa Menoveden lämpötilan laskeminen. Lämmön virtaustiheys on sama sekä reuna- että mukavuusalueilla. Keskuslämmitysjärjestelmän veden lämpötila määritetään asennustyypin mukaan (katso tehotaulukot). Lattialämmityksellä lämmitetyn tilan vakiolämpökuorma Tehtäessä Danfossin lattialämmityslaskelmia, tilan vakiolämpökuorman Q N,f huomioiminen on oleellista. Jos lattialämmitys tulee monikerroksiseen rakennukseen, laskelmiin voidaan sisällyttää koko kerroksen lämmönsaanti, jos rajoitteita ei ole. Lämmönluovutusteho Q H lasketaan yleisesti ottaen lattialämmityksellä lämmitetyn tilan vakiolämpökuormasta Q H,f, johon lisätään EN standardin osan 3 mukainen toleranssi: Q H = (1 + x)* Q N,f Q N,f : lattialämmityksellä lämmitetyn tilan vakiolämpökuorma [W] Q H : lämmönluovutusteho Jos lämmitysjärjestelmä, esimerkiksi lattialämmitys, voi nostaa lämmönluovutustehoa nostamalla lämmönlähteen lämpötilaa, toleranssi on nolla. Silloin laskennallinen lämmönluovutus vastaa lattialämmityksellä lämmitetyn tilan vakiolämpökuormaa. Danfoss Heating Solutions VGCTC320 Danfoss 03/2011 1

4 Lämpöeristys, jolla vältetään lämpöhäviö alaspäin On tärkeää huomioida lattialämmityksen alapuolisen eristyksen lämmöneristävyys niin, että lattialämmityksen luovuttama lämpö säteilee pääasiassa ylöspäin. EN standardin osan 4 mukaisesti erotellaan kolme erilaista lattia-/kerrosrakennetta ja niiden mukaiset lämmöneristävyyden vähimmäisarvot: Lämpöeristys R Ins, min a. Samankaltaisessa käytössä olevien tilojen yläpuolella 0,75 m² K/W b. Erilaisessa käytössä olevien tilojen yläpuolella (esim. kaupallisten tilojen yläpuolella), lämmittämättömät tilat (esim. kellarit) ja pohjakerrokset 1,25 m² K/W c. Ulkotilojen (-15 C) yläpuolella, esim. autohallit, käytävät 2,00 m² K/W Yhden eristyskerroksen lämmöneristävyys R λ.ins lasketaan seuraavasti: R λ,ins = S ins λ ins S ins : tehokas eristyspaksuus [m]. λ ins : lämmönjohtavuus [W/m K]. Suurin sallittu pinnan lämpötila Θ Fmax EN standardin mukaisesti suurin sallittu pinnan lämpötila on fysiologisista syistä 29 C mukavuusalueella, 35 C reuna-alueilla ja ti + 9 C = 33 C kylpyhuoneissa. Jos kylpyhuoneissa käytetään vakiolämpötilaa 20 tai 24 C, tämä johtaa pinnan lämpötilan ja huoneen lämpötilan väliseen eroon (9K mukavuusalueella ja kylpyhuoneissa ja 15K reuna-alueilla). Pinnan lämpötilan rajoittaminen rajoittaa lattialämmityksen lämmönluovutustehoa. Se on tärkeä tekijä päätettäessä lisälämmitystarpeesta. Nykyaikaisten eristysten ansiosta lattialämmityksen lämmönluovutusteho on riittävä 99 % tapauksista. Lämpötilan vaihtelu (W) Tehoon voi vaikuttaa lisäksi lämmitysputkien sijainti. Sijainnista riippuen voi esiintyä toisistaan eroavia pinnan lämpötiloja. Teho on korkeampi putkien yläpuolella kuin niiden välissä. Suurimman ja pienimmän pinnan lämpötilaeroa kutsutaan vaihteluksi (W). W = θ Fmax - θ Fmin max 29 C W Suuremmat putkien välit aiheuttavat suurempaa vaihtelua. Matalammalle asennetut putket hidastavat lämmitysjärjestelmää, kun taas pitkä etäisyys pinnasta jakaa lämmön tasaisemmin ja vaihtelu jää pieneksi. Koska suurinta sallittua lattian lämpötilaa ei saa ylittää, suurempi vaihtelu aiheuttaa suurempaa tehon menetystä kuin pienempi vaihtelu. Ensimmäisessä tapauksessa lattian keskimääräinen lämpötila on merkittävästi matalampi kuin suurin sallittu lämpötila. Tyypillinen vertailukohta Tyypillinen vertailukohta kertoo lämmön virtaustiheyden ja pinnan lämpötilan (pinnan lämpötila miinus huoneen lämpötila) välisen suhteen silloin, kun aluetta lämmitetään tasaisesti (vaihtelu = 0). Kun pinnan lämpötila on 9K huoneen lämpötilan yläpuolella, saavutetaan noin 100W/m²:n teho (noin 175 W/m², kun ylilämpötila on 15K). Koska tyypillisen vertailukohdan fyysiset parametrit ovat ihanteelliset ja se pätee järjestelmästä riippumatta, mikään suurimmalle sallitulle pinnan lämpötilalle säädetty järjestelmä ei voi saavuttaa yli 100 W/m²:n tehoa tai 175 W/ m²:n tehoa reuna-alueilla. Tämän seurauksena lattiapinnan lämmönluovutusteho q riippuu huoneen ja pinnan lämpötilan erosta ja lämmön siirtyvyydestä. Jälkimmäinen riippuu huoneen ominaisuuksista, mukaan lukien huoneen tuuletustarve, ja se kuvataan lämmönsiirtokertoimena α ges, joka on tässä 11,1 W/m²K. 2 VGCTC320 Danfoss 03/2011 Danfoss Heating Solutions

5 q = α ges (θ F - θ i ) θ F = Lattian lämpötila C. θ i = Huoneen lämpötila C. W/m² 200 Esimerkki: Kun huoneen lämpötila on 20 C ja lattian lämpötila 27 C, saavutetaan lämmönluovutusteho q = 11,1 W/m² K * 7 K (27 C - 20 C) = 77,7 W/m² K Lämmönlähteen lämpötila Lämmönlähteen keskilämpötila on useisiin laskelmiin perustuva muuttumaton komponentti. Se lasketaan meno- ja paluulämpötilojen keskiarvosta: θ m = θ i + Δθ H Δθ H : lämmönlähteen ylälämpötila θ i : vakiosisälämpötila θ m : lämmönlähteen lämpötila Asennustyypit Danfoss Basic -lämmitysjärjestelmä käsittää kaksi erilaista asennustyyppiä reuna-alueille ja kolme mukavuusalueille. SpeedUp- ja SpeedUp Eco - lämmitysjärjestelmissä on asennustyyppejä sekä reuna- että mukavuusalueille. Asennustyypeissä putkien etäisyydet eroavat toisistaan. Järjestelmä Mahdolliset putken etäisyydet (cm) BasicRail 8,8 (keskiarvo) BasicRail 12 (keskiarvo) BasicRail 20 BasicRail 25 BasicRail 30 BasicGrip ja BasicClip 10 BasicGrip ja BasicClip 15 BasicGrip ja BasicClip 20 BasicGrip ja BasicClip 25 BasicGrip ja BasicClip 30 SpeedUp ja SpeedUp Eco 12,5 SpeedUp ja SpeedUp Eco 25 Lämmönluovutuskäyrä, rajoituskäyrä Lämmönluovutusteho ja pinnan lämpötilan vaihtelu ovat riippuvaisia useista tekijöistä: Lattian pintalämpötila Huoneen lämpötila Putkien etäisyydet Kantavien paneelien paksuus ja lämmönjohtavuus Lateraalinen lämmönluovutusteho Lattiapäällysteen lämmöneristävyys Kerrosten kokoonpano EN standardin mukaisesti kaikki tekijät yhdessä muodostavat seuraavan lämmön virtaustiheyden yhtälön q: q = K H + Δθ H q: lämmönluovutusteho [W/m²]. K H : vastaava lämmönsiirtokerroin [W/m² K] (virallinen DIN-tarkistus). Δθ H : lämmönlähteen ylälämpötila Danfoss Heating Solutions VGCTC320 Danfoss 03/2011 3

6 jossa Suurimmalla sallitulla lämpötilalla yllämainitut tekijät osoittavat vaihtelun lisäksi myös rajakäyrät (laskettu standardin EN 1264, osan 2 mukaan). Leikkauspisteet ilmaisevat lämmön virtausrajat ja lämmönlähteen ylälämpötilan rajat. θ V : menolämpötila θ R : paluulämpötila θ i : vakiosisälämpötila Laskennallinen lämmön virtaustiheys Tehtäessä lattialämmityslaskelmia laskennallinen lämmön virtaustiheys lasketaan seuraavasti standardin DIN EN 1264, osan 3 mukaan: q des = Q N,F A F q des : laskennallinen lämmön virtaustiheys [W/m²] Q N,f : lattialämmityksellä lämmitetyn tilan vakiolämpökuorma [W] A F : lämmitettävä lattia-alue [m²] Lattialämmityksellä saavutettava lämmönluovutusteho on: Q N,F = q des * A F q des : laskennallinen lämmön virtaustiheys [W/m²] Q N,f : lattialämmityksellä lämmitetyn tilan vakiolämpökuorma [W] A F : lämmitettävä lattia-alue [m²] Reuna-alueiden tai mukavuusalueiden q R ja q A lämmön virtaustiheyden tiedot voidaan laskea tehokaavioista, joissa sovelletaan lämmönlähteen ylälämpötilaa. Lämmön virtaustiheyden hyväksyttyä kynnysarvoa (käyrien ja rajakäyrän leikkauspiste) ei saa ylittää. Hyväksytty tiheys riippuu lattiapinnan lämmöneristävyydestä ja rakennustyypistä. Jos yksi laskennallisen ja jakaantuneen lämmön virtaustiheyden arvoista (q R /q A ) on lämmön virtaustiheyden kynnysarvon yläpuolella, sovelletaan kynnystiheyttä eikä lämmön virtaustiheyttä. Tuloksena saatu matalampi lämmönlähteen ylälämpötila vähentää myös muiden yhdistelmäasennusten lämmön virtaustiheyttä. Jos lattialämmityksellä lämmitetyn huoneen vakiolämpökuorma on suurempi kuin lattialämmityksen lämmönluovutusteho, on harkittava lisälämmitystä (Q N,f - Q F ). jossa q jakautuu tasaisesti reuna-alueelle (enint. 1 m leveä) ja mukavuusalueelle: A R A A q = * q R + * q A A F A F Menoveden ylälämpötilan laskeminen Laskennalliselle syöttölämpötilalle tilassa, jossa on korkein laskennallinen lämmön virtaustiheys, annetaan q max (kylpyhuoneita lukuun ottamatta) ja lattiapinnoitteen lämmöneristävyydeksi R λ,b = 0,10 m² K/W. Korkeammat R λ,b -arvot on otettava huomioon. Kylpyhuoneissa R λ,b = 0,0 m² K/W. Lämpötilaero σ laskelmien kohteena olevassa tilassa määritellään σ = 5 K. Asennustyyppi valitaan niin, että q max saavuttaa täysin käyrän osoittaman lämmön virtaustiheyden kynnysarvon. Suurin sallittu virtauksen ylälämpötila on σ kun 0,5: Δθ H muutoin: Δθ V, des = Δθ H, des + σ + σ2 2 (12 Δθ H, des ) Kaikissa muissa tiloissa, joissa käytetään laskennallisia virtauslämpötiloja, lämpötilaero lasketaan seuraavasti, kun suhde σ j < 0,5 Δθ H, j on Δθ H,j : kunkin tilan lämmönlähteen ylälämpötila j Δθ V, des Δθ H, des + σ 2 ja ΔθH, des Δθ H, G 4 VGCTC320 Danfoss 03/2011 Danfoss Heating Solutions

7 jossa σ j = 2 * [(Δθ V, des ) Δθ H,j ] muutoin: Lämmönlähteen lämpötilan laskeminen Kiertovesipumpun koon laskennassa massan virtausnopeus on m H (lämmitysveden virtausnopeus kg/s). Se on riippumaton kokonaislämmönluovutuksesta (lattialämmityksen lämmönluovutus ja lämpöhukka muihin tiloihin) ja lämpötilaerosta. Alaspäin kulkeutuvan lämmönjohtavuuden ja lämmöneristävyyden summa on: R u = R λ, ins + R λ, lattia + R λ, pohjustus + R α, lattia jossa Rα, lattia = 0,17 m² K/W Massan virtausnopeus m H voidaan ilmaista myös muunnettuna virtausnopeudeksi V H : jossa C W = 4190 J/kgK V H = m H ρ Lattiarakenteen osittainen lämmöneristävyys R o (ylöspäin) käsittää sekä lämmönjohtavuuden että lämmöneristävyyden ylöspäin: R o = 1 + R λ,b + α jossa 1 α = 0,093 m²k/w S u λ u jossa ρ = 0,998 kg/dm³ Määritettäessä lämmityspiirin virtausnopeutta tilan virtausnopeus V H on jaettava lämmityspiirien lukumäärällä N: V HK = V H N Painehäviö Laskelmia tehtäessä ja kiertovesipumpun kokoa valittaessa on tärkeää laskea painehäviö. Jotta painehäviö voidaan laskea, on määritettävä putkien kokonaispituus I HK sekä meno- ja paluuputket. On tärkeää, että meno- ja paluuputkien syöttöpituus on kaksinkertainen tilan ja jakotukin väliseen etäisyyteen verrattuna (meno ja paluu). Levitystavasta riippuen seuraavat arvot ovat keskeisiä: l H = Reuna-alueen sijoittelumallin putken pituus * A R + Mukavuusalueen sijoittelumallin putken pituus * A A Lämmityspiirin keskipituus I HK lasketaan seuraavasti: On huomioitava, että alueen sijoittelu ja lämmityspiirien lukumäärä määräytyvät valittavan tasoituslaastin mukaan, ts. lämmityspiirien on sovittava tasoituslaastilohkoihin. Painehäviötaulukosta (ks. Danfossin komposiittiputkien painehäviötaulukko) käy ilmi virtausnopeus lämmityspiiriä kohden V HK ja putken kitkavastus painehäviönä Δp / m. Jotta voidaan laskea lämmityspiirin kokonaishäviö, arvo on kerrottava lämmityspiirin pituudella. Δp HK = Δp * l HK Yksittäiset lämmityspiirit ovat eri pituisia ja niiden lämpötilaerot poikkeavat toisistaan, jolloin myös painehäviöt ovat erisuuruisia. Painekompensaatiolla varmistetaan, että kaikkiin lämmityspiireihin syötetään tarpeeksi vettä. Virtausta säädetään paluuventtiilillä Danfoss Heating Solutions VGCTC320 Danfoss 03/2011 5

8 Käsikirja Virtausnopeuden, painehäviön ja lämpötilaeron välinen korrelaatio Kynnysarvot Lattialämmityksen pikaopas 6 määrittämällä virtaus per minuutti (ts. yksittäisten lämmityspiirien virtausvolyymi [l/h] jaetaan luvulla 60 [min.]). Lattian alle asennettavan lämmityksen kokonaisvesimäärä lasketaan kertomalla kaikkien lämmityspiirien pituus IHK kertoimella 0,113 (l/m). Mitä pienempi lämpötilaero sitä suurempi virtausvolyymi sitä suurempi väliaineen virtausnopeus sitä suurempi painehäviö. Lämpötilaeron suurentaminen pienentää virtausnopeutta. Suurin sallittu syöttölämpötila ei saa ylittää 55 C käytettäessä märkää sementtiä ja kalsiumsulfaattitasoituslaastia. Lämmityspiirien pituus ei saa ylittää 90 metriä käytettäessä 16 mm:n putkia ja 130 metriä käytettäessä 20 mm:n putkia. Optimaalinen lämmityspiirin pituus on 80 m käytettäessä 16 mm:n putkia ja 120 m käytettäessä 20 mm:n putkia. Yli 250 mbar:n painehäviötä ei saa ylittää, sillä kiertovesipumpun on ylläpidettävä painekorkeutta ja kestettävä lämmityspiirien ja koko järjestelmän painehäviöt (jakotukki, sen venttiilit, meno- ja paluuputket, sekoitusventtiilit jne.) Maksimi menovedenlämpötila ei saa olla yli 50 C käytettäessä kipsilaastia. Lattialämmitysjärjestelmän nopea ja helppo mitoitus Danfossin verkkopohjaisella lattialämmityksen mitoitusohjelmalla lämmitysjärjestelmän oikean mitoituksen saa laskettua parissa minuutissa. Muutaman perustiedon pohjalta helppokäyttöinen työkalu ilmoittaa kaikki tarvittavat tiedot järjestelmän suunnitteluun, tuotevalintaan ja toteutukseen liittyen. Danfossin lattialämmityksen mitoitusohjelma onkin erittäin hyödyllinen väline niin järjestelmien tarjous- kuin toteutusvaiheessa. VGCTC320 Danfoss 03/2011 Danfoss Heating Solutions

9 Danfoss Heating Solutions VGCTC320 Danfoss 03/2011 7

10 8 VGCTC320 Danfoss 03/2011 Danfoss Heating Solutions

11 Danfoss Heating Solutions VGCTC320 Danfoss 03/2011 9

12 OY Danfoss Ab Kivenlahdentie Espoo Puh: Faksi: Sähköposti: lvi@danfoss.fi Danfoss ei vastaa luetteloissa, esitteissä tai painotuotteissa mahdollisesti esiintyvistä virheistä. Danfoss pidättää itselleen oikeuden tehdä ennalta ilmoittamatta tuotteisiinsa muutoksia, myös jo tilattuihin, mikäli tämä voi tapahtua muuttamatta jo sovittuja suoritusarvoja. Kaikki tässä materiaalissa esiintyvät tavaramerkit ovat asianomaisten yritysten omaisuutta. Danfoss ja Danfoss logo ovat Danfoss A/S:n tavaramerkkejä. Kaikki oikeudet pidätetään. 10 VGCTC320 Danfoss 03/2011 Danfoss Heating Solutions