Понятие «инерционности» для системы водяного теплого пола (ВТП) можно рассматривать в двух аспектах: инерционность системы при запуске и выходе на расчетный отопительный режим или инерционность системы теплый водяной пол в процессе охлаждения помещения.

Теплый водяной пол является инерционной системой

При обогреве помещения главной характеристикой инерционности системы теплый водяной пол является скорость выхода системы на режим — время, прошедшее от момента запуска системы до повышения температуры воздуха в помещении до расчетной величины.

Установившиеся (регулярные) и неупорядоченные (иррегулярные) режимы изменения температуры необходимо, вообще говоря, рассматривать раздельно — не только во времени, но и по различным тепловым процессам. При этом имеем внешнюю задачу: нагрев и охлаждение тела (плиты тепловой панели) с бесконечно большой теплопроводностью, внутреннюю задачу: то же, но с бесконечно большим теплообменом и краевую задачу: то же, но с небольшими значениями коэффициентов теплопроводности и теплообмена.

Три основных этапа выхода системы ВТП в стационарный режим

В общем случае, без решения конкретных внутренних, внешних и краевых задач, следующим образом выглядит график выхода системы водяной теплый пол в стационарный (установившийся) режим

Этапы выхода системы водяного теплого пола на режим

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

Здесь условно можно выделить три основных этапа. I этап (разгон самой отопительной панели) — характеризуется малым изменением температуры в помещении наряду с максимальным использованием мощности источника обогрева, II этап (натоп помещения) — характеризуется ростом температуры в помещении до расчетного значения и III этап (установившийся режим отопления) — характеризуется поддержанием температуры вблизи расчетной с небольшим превышением (см. далее).

На первом этапе скорость разогрева греющей панели зависит, прежде всего, от теплоемкости панели, температуры начала разогрева и температуры теплоносителя:

  • чем выше теплоемкость панели, тем дольше она нагревается, т. е. длительность процесса разгона зависит от теплоемкости и толщины материалов панели
  • чем ниже начальная температура разогрева, тем больше времени требуется на разогрев панели
  • чем выше температура теплоносителя, тем меньше времени затрачивается на разогрев. 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).

Процесс разогрева панели подчиняется экспоненциальному, а не линейному 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 гомогенности (подобия), являющийся обобщенной пространственно-временной характеристикой процесса нагрева панели. В свою очередь

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 были 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.

Темпы выхода системы теплого пола на режим - 1 этап

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

Среднее статистическое время разгона системы водяной теплый пол рассматриваемой 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.

Используя паркет толщиной 16 мм в качестве чистового покрытия, получим, что 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).

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  отношения площади отопительной панели к площади ограждающих конструкций, через которые происходят основные теплопотери. Если учесть, что водяной теплый пол расположен на всей площади пола, то второй этап полностью зависит от теплопотерь помещения. Причем, сначала температура в помещении достаточно быстро растет, а затем рост замедляется, поскольку увеличивается тепловой напор с ростом температуры в помещении, а следовательно — и 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.

 

Темпы выхода системы теплого пола на режим - 2 этап

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.

Водяной теплый пол Multibeton © 2018. Все права сохранены. Разработка StrizhStudio

StrizhStudio © 2018. All Rights Reserved.