Jak dlouho trvá, než se vyhřívaná podlaha zahřeje?

Rozdělme pojem „setrvačnost systému vodou vytápěné podlahy“ na dva aspekty: setrvačnost při spuštění systému a dosažení jeho projektovaného režimu vytápění a za druhé setrvačnost systému podlahy vytápěné vodou při chlazení místnosti.

Hlavním ukazatelem setrvačnosti vodou vytápěného podlahového systému při vytápění místnosti je rychlost (čas) dosažení provozního režimu systému od okamžiku jeho spuštění do ohřátí teploty vzduchu v místnosti na návrhovou teplotu.

Celkově je třeba uvažovat odděleně nepravidelné (neuspořádané) a pravidelné (ustálené) režimy změny teploty nejen v čase, ale také pro různé tepelné procesy: vytápění a chlazení (desky topných panelů) s nekonečně velkou tepelnou vodivostí (vnější problém). Totéž, ale s nekonečně velkým přenosem tepla (vnitřní problém), v našem případě – vzduch v místnosti. Totéž, s malými hodnotami součinitele tepelné vodivosti a prostupu tepla (hraniční problém), v našem případě – tepelné ztráty přes obvodové konstrukce.

Obecně platí, že bez řešení konkrétních vnitřních, vnějších a hraničních problémů vypadá harmonogram pro dosažení stacionárního (ustáleného stavu) vodou vyhřívaného podlahového systému takto (obr. 1):
1.	“Zrychlení přímo samotného topného panelu.” Vyznačuje se malou změnou pokojové teploty s maximálním využitím výkonu zdroje tepla
2.	“Vytápění místnosti.” Charakterizováno zvýšením pokojové teploty na vypočítanou hodnotu
3.	“Stálý režim vytápění.” Vyznačuje se udržováním teploty v konstrukčním rozsahu s některými

Rýže. 1. Naplánujte, aby systém podlahy vyhřívaný vodou dosáhl provozního režimu.

V první fázi závisí rychlost ohřevu topného panelu především na tepelné kapacitě panelu, teplotě na začátku ohřevu a teplotě chladicí kapaliny:
–	Čím větší je tepelná kapacita panelu, tím delší je proces ohřevu. Trvání procesu zrychlení tedy závisí na tepelné kapacitě panelových materiálů a jejich tloušťce;
–	čím nižší je teplota na začátku ohřevu, tím déle trvá zahřátí panelu;
–	Čím vyšší je teplota chladicí kapaliny, tím méně času stráví ohřevem panelu. V praxi má však teplota chladicí kapaliny omezení daná buď samotným zdrojem tepla (použití nízkoteplotního zdroje), nebo maximální povolenou teplotou chladicí kapaliny pro vodou vyhřívaný podlahový systém (ne více než 55 °C).

Rychlost ohřevu topného panelu neprobíhá podle lineárního, ale podle exponenciálního zákona.

Celkové množství tepla Q přijatého panelem v prvních z hodin se rovná:
kde:
– tepelná kapacita každé vrstvy topného panelu;
– teplota panelu ve vztahu k okolní teplotě během uvažovaného časového období;
– kritérium homochronie (podobnosti), což je zobecněná časoprostorová charakteristika procesu ohřevu panelů.

kde:
— celková odolnost vůči přenosu tepla po celé ploše topného panelu;
– libovolný (uvažovaný) časový okamžik od začátku vytápění systému.

V praxi používání vodou vyhřívaných podlahových systémů jsme získali následující výsledky (obr. 2). Za základní křivku se považuje doba ohřevu topného panelu s betonovou mazaninou tloušťky 50 mm a vrchní vrstvou keramických dlaždic o tloušťce 15 mm, při teplotě přívodního chladiva 50 °C, počáteční teplotě kamen a vzduchu v místnosti 0°C a tepelné ztráty místnosti 60W/m2. Pro analýzu byly vybrány průsečíky přímky teploty +5°C. Je to dáno tím, že při dané teplotě lze s dostatečnou mírou jistoty zjistit, že „kamna se zahřála a začal proces výměny tepla“ a za druhé při dané teplotě více, resp. je pozorováno méně rovnoměrné zahřívání celých kamen, tzn. celá kamna se stávají topným panelem s vyrovnaným teplotním polem.

Průměrná statistická doba urychlení vodou vyhřívaného podlahového systému námi uvažovaného „základního panelu“ na teplotu +5°C je 24 hodin. Navíc pro podobné podmínky, ale pro panel o tloušťce 100 a 150 mm, je doba zrychlení 36, respektive 48 hodin.

Pokud se jako vrchní nátěr použijí parkety o tloušťce 16 mm, zvýší se doba zrychlení vodou vyhřívaného podlahového systému s tloušťkou potěru 50 mm z 24 na 30 hodin (křivka 1).

Pokud je počáteční teplota topného panelu 2-3 stupně nad 0°C, pak se doba, po kterou systém dosáhne značky „teplota +5°C“, zkrátí téměř 2krát, na 12 hodin (křivka 2).

Rýže. 2. Plnohodnotné indikátory rychlosti dosažení režimu podlahového panelu vyhřívaného vodou ve fázi I.

Ve druhé fázi dochází k výměně tepla mezi povrchem topného panelu a vzduchem v místnosti. V tomto případě doba trvání etapy do dosažení návrhové teploty závisí na tepelné ztrátě místnosti a ploše topného panelu ve vztahu k ploše (faktoru tvaru) obvodových konstrukcí, kterými prochází hlavní teplo. dochází ke ztrátám. Pokud uvážíme, že vodou vyhřívaný podlahový systém je navržen tak, aby pokrýval 100 % podlahové plochy, pak druhý stupeň zcela závisí na tepelné ztrátě místnosti. Navíc nejprve teplota v místnosti stoupá poměrně rychle, pak se rychlost růstu zpomaluje, protože Se zvyšující se teplotou v místnosti se zvyšuje tepelný tlak a následně i tepelné ztráty skrz obklopující konstrukce.

Překročení (obr. 1) teploty (sektor A) a výkonu (sektor B) nad vypočtenými na konečných úsecích druhého stupně je spojeno především se setrvačností systému a „přepravním“ zpožděním. kontrolních a regulačních orgánů s parametry dodávky tepla. V praxi (obr. 3) je doba, za kterou systém dosáhne provozního režimu (ohřev vzduchu v místnosti na 20°C) při měrné tepelné ztrátě 40 W/m2 cca 44 hodin, při tepelné ztrátě cca. 60 W/m2 – až 54 hodin, při 100 W/m2 – 72-84 hodin. Údaje jsou uvedeny pro topný panel s betonovou mazaninou tloušťky 50 mm a povrchovou úpravou z keramických dlaždic tloušťky 15 mm, při teplotě přívodního chladiva 50 °C, počáteční teplotě desky a vzduchu v místnosti 0 °C. .

Úhel sklonu (strmosti) křivky vzhledem k časové škále do značné míry závisí na kombinaci „rychlých“ a „pomalých tepelných ztrát“ („pomalé tepelné ztráty“ jsou tepelné ztráty tepelně náročnými obestavbami (stěny, stropy), vyznačující se vysokým stupněm útlumu, tj. významným poklesem amplitudy a fázového posunu tepelné vlny). Pokud jsou v obvodových konstrukcích (okna, masivní zasklení, dveře) velké tepelně nenáročné vměstky, má místnost nejen vysokou provozní zátěž, ale i značnou dobu pro uvedení vodou vyhřívaného podlahového systému do stabilního režimu, včetně při regulaci otopné soustavy pulzním (start-stop ) použitím zdroje. To je další důvod, nebo spíše požadavek při projektování instalací tepelných čerpadel v zahraničí: tepelné ztráty by neměly být větší než 60 W/m2.

Rýže. 3. Plnohodnotné ukazatele rychlosti dosažení režimu podlahového panelu vyhřívaného vodou ve fázi II.

Ve třetí fázi (stabilní režim vytápění) prochází křivka skutečné teploty oscilačním procesem vzhledem k vypočítané teplotní křivce. Frekvence těchto oscilací zcela závisí na kolísání venkovní teploty, doba trvání oscilačních procesů závisí na době trvání změny venkovní teploty a setrvačnosti podlahového systému ohřívaného vodou a amplituda oscilací závisí na setrvačnosti vodou vyhřívaný podlahový systém a systémy a metody používané k automatizaci systému zásobování teplem.

Moderní vývoj v mikroelektronice dnes umožňuje měřit ani ne tak skutečnou teplotu v místnosti, ale dynamiku (gradient) její změny, a to jak v negativním směru (pokles teploty v místnosti vlivem vnějších faktorů), tak v pozitivním směru. (zvýšení pokojové teploty za dobu od zapnutí zdrojového vytápění). Řešení tohoto problému (automaticky – řešení problému energetické účinnosti) zvažují moderní designéři pouze v kombinaci s použitím individuálních termostatů pro místnosti ve vodních podlahových systémech.

Současně dochází k aktivaci zdroje tepla s vodou vyhřívanými podlahovými systémy v pulzním režimu (sektor C na obr. 1): frekvence zařazení zdroje tepla do procesu vytápění se shoduje s frekvencí kolísání (směrem dolů). ) skutečné teploty z vypočítané a trvání – od tepelné ztráty a setrvačnosti systému.

Další důležitou roli hraje setrvačnost vytápění na bázi vodou vytápěných podlahových systémů – již v otázkách energetické udržitelnosti a bezpečnosti budov. A tato role je jistě pozitivní. V důsledku vážného zhoršování stavu domácích sítí, energetického přetížení a zastaralosti technických schémat pro připojování spotřebitelů každá, i malá, člověkem způsobená nehoda v naší zemi přechází do kaskády současně nebo postupně (v krátkém časovém období) a zbavuje spotřebitele všech včetně záložních zdrojů dodávek energie.

Tito. v moderních podmínkách je jedním z hlavních mezníků podmínka dlouhodobé stability objektu (v našem případě tepelné stability) při dlouhých přerušeních dodávek energie a zejména tepla.

Vypnutí systému lze považovat za občasnou ztrátu tepla. Proces chlazení lze vypočítat pomocí metody přerušovaného vstřikování tepla. Tento výpočet je poměrně složitý, protože Zpočátku dochází k neuspořádané změně teploty (především teplotní gradient závisí na objemu netepelně kapacitních vměstků), která je pak nahrazena pravidelným poklesem teploty. Masivní ploty v tomto období začínají částečně odevzdávat své teplo do místnosti. Kromě toho je sálavé teplo v důsledku mnohonásobných odrazů rozváděno po všech plochách místnosti. Problém tepelné odolnosti místnosti vyřešil A.M. Shklover v režimu přerušovaného tepelného příkonu pouze sálavého nebo pouze konvekčního tepla. Přerušovanou dodávku tepla lze matematicky znázornit ve formě Fourierovy řady – součtu harmonických s různými amplitudami a periodami. Pro řadu jako celek i pro harmonické členy platí obecné zákony procesu chlazení. Připomeňme, že systém radiátorového vytápění je z 80-100 % konvekční a teplá podlaha je ze 49 % sálavá a 61 % konvektivní. Při „lineárním“ (ne harmonickém a ne podle zákona tlumených procesů) uvažování o otázce stability: otopný systém založený na podlahovém systému vytápěném vodou je dvakrát stabilnější než systém založený na konvekčních systémech ( radiátory, konvektory, ventilace).

V praxi jsme získali následující údaje (údaje vybrané z kritických situací, tj. výpadků dodávek elektřiny nebo plynu při venkovních teplotách v rozsahu -25÷-32°C):

Návrh systému	Specifické topné zatížení panelu [W/m2]	Čas, který uplyne, než teplota klesne z vypočítané teploty na +10÷+12°С [h]
Betonový potěr 50 mm, keramický nátěr 15-20 mm	40-50	72-48
Betonový potěr 50 mm, keramický nátěr 15-20 mm	60-80	48-36
Betonový potěr 50 mm, keramický nátěr 15-20 mm	Do 100	30-24
Betonový potěr 100 mm, keramický nátěr 15-20 mm	40-50	96-72
Betonový potěr 100 mm, keramický nátěr 15-20 mm	60-80	60-48
Betonový potěr 100 mm, keramický nátěr 15-20 mm	Do 100	40-30
Betonový potěr 50 mm, dřevěné parkety 16 mm	40-50	80-60