Hoe u de vloerverwarming berekent op basis van een watergedragen systeem

Op de efficiëntie van vloerverwarming hebben veel factoren invloed. Zonder er rekening mee te houden, zelfs als het systeem correct is geïnstalleerd en de modernste materialen zijn gebruikt, zal de werkelijke thermische efficiëntie niet aan de verwachtingen voldoen.

Om deze reden moet aan de installatiewerkzaamheden een degelijke berekening van de vloerverwarming voorafgaan, en alleen dan kan een goed resultaat worden gegarandeerd.

U zult het ermee eens zijn, het idee om de kosten voor het aanleggen van vloerverwarming te verlagen, lijkt zeer verleidelijk.

Wij zullen u vertellen hoe u een project kunt maken, welke criteria u in acht moet nemen bij het kiezen van de parameters van het verwarmingssysteem, en we zullen een stapsgewijze berekeningsmethode beschrijven. Ter verduidelijking hebben wij een voorbeeldberekening van vloerverwarming voorbereid.

Uitgangsgegevens voor de berekening

Een van tevoren goed geplande gang van project- en installatiewerkzaamheden zal in de toekomst verrassingen en vervelende problemen voorkomen.

Bij de berekening van vloerverwarming moet men uitgaan van de volgende gegevens:

• materiaal van de muren en kenmerken van hun constructie;
• afmetingen van de ruimte in plattegrond;
• type afwerking;
• constructie van deuren, ramen en hun plaatsing;
• locatie van constructie-elementen in plattegrond.

Voor een degelijk ontwerp is een verplichte registratie van het ingestelde temperatuurregime en de mogelijkheid tot regeling ervan vereist.

Voor een ruwe berekening wordt aangenomen dat 1 m² van het verwarmingssysteem warmteverliezen van 1 kW moet compenseren. Als een watergedragen verwarmingscircuit wordt gebruikt als aanvulling op het hoofdsysteem, dan moet het slechts een deel van de warmteverliezen dekken.

Er zijn aanbevelingen met betrekking tot de temperatuur aan de vloer die een comfortabel verblijf in ruimtes met verschillende bestemmingen garandeert:

• 29°C — woonzone;
• 33°C — badkamer, ruimtes met zwembad en andere met een hoge luchtvochtigheid;
• 35°C — koude zones (bij buitendeuren, buitenmuren, enz.).

Overschrijding van deze waarden leidt tot oververhitting van zowel het systeem zelf als de afwerking, met daaropvolgende onvermijdelijke beschadiging van het materiaal.

Na het uitvoeren van voorlopige berekeningen kunt u de optimale temperatuur van de warmtedrager kiezen op basis van uw persoonlijke gevoel, de belasting van het verwarmingscircuit bepalen en pompapparatuur aanschaffen die de beweging van de warmtedrager feilloos stimuleert. Deze wordt gekozen met een reserve van 20% op de doorstroming van de warmtedrager.

Het opwarmen van een dekvloer met een dikte van meer dan 7 cm kost veel tijd. Daarom probeert men bij het aanleggen van watergedragen systemen deze limiet niet te overschrijden. De meest geschikte vloerbedekking voor watergedragen vloerverwarming is keramische tegels; onder parket wordt vanwege de zeer lage warmtegeleiding geen vloerverwarming gelegd.

In de ontwerpfase moet worden besloten of de vloerverwarming de primaire warmtebron zal zijn of slechts als aanvulling op het radiatorencircuit zal worden gebruikt. Hiervan hangt het aandeel warmteverliezen af dat zij moet compenseren. Dit kan variëren van 30% tot 60%.

De opwarmtijd van een watergedragen vloer hangt af van de dikte van de elementen in de dekvloer. Water als warmtedrager is zeer efficiënt, maar het systeem zelf is complex om te installeren.

Bepaling van de parameters van vloerverwarming

Het doel van de berekening is het verkrijgen van de waarde van de warmtebelasting. Het resultaat van deze berekening beïnvloedt de volgende stappen. Op zijn beurt wordt de warmtebelasting beïnvloed door de gemiddelde wintertemperatuur in een specifieke regio, de verwachte binnentemperatuur, en de warmteoverdrachtscoëfficiënt van plafond, muren, ramen en deuren.

De oorzaak van warmteverlies zijn slecht geïsoleerde muren, ramen en deuren van het huis. Het grootste percentage warmte gaat verloren via het ventilatiesysteem en het dak (+).

Het uiteindelijke resultaat van de berekeningen vóór de aanleg van watergedragen vloerverwarming hangt ook af van de aanwezigheid van extra verwarmingstoestellen, inclusief de warmteafgifte van de bewoners en huisdieren. In de berekening wordt altijd rekening gehouden met infiltratie.

Een van de belangrijke parameters is de configuratie van de kamers, daarom is een plattegrond van het huis en de bijbehorende doorsneden nodig.

Methode voor het berekenen van warmteverliezen

Nadat u deze parameter hebt bepaald, weet u hoeveel warmte de vloer moet produceren voor het comfort van de personen in de kamer, en kunt u de ketel, pomp en vloer op basis van vermogen selecteren. Met andere woorden: de warmte die door de verwarmingscircuits wordt afgegeven, moet het warmteverlies van het gebouw compenseren.

Het verband tussen deze twee parameters wordt uitgedrukt door de formule:

Mp = 1,2 x Q, waarbij

• Mp — het vereiste vermogen van de circuits;
• Q — warmteverlies.

Om de tweede indicator te bepalen, worden metingen en berekeningen uitgevoerd van de oppervlakte van ramen, deuren, plafonds en buitenmuren. Omdat de vloer wordt verwarmd, wordt de oppervlakte van deze omhullende constructie niet meegerekend. De metingen worden aan de buitenzijde uitgevoerd, met inbegrip van de hoeken van het gebouw.

Bij de berekening wordt rekening gehouden met zowel de dikte als de warmtegeleidingscoëfficiënt van elke constructie. De normwaarden van de warmtegeleidingscoëfficiënt (λ) voor de meest gebruikte materialen kunt u uit de tabel halen.

Uit de tabel kunt u de coëfficiëntwaarde voor de berekening halen. Het is belangrijk om bij de leverancier de waarde van de thermische weerstand van het materiaal te achterhalen in het geval dat er metalen kunststof ramen worden geplaatst (+).

De berekening van het warmteverlies wordt afzonderlijk uitgevoerd voor elk gebouwonderdeel met behulp van de formule:

Q = 1/R*(tv-tn)*S x (1+∑b), waarbij

• R – de thermische weerstand van het materiaal waaruit de omhullende constructie is vervaardigd;
• S – de oppervlakte van het constructie-element;
• tv en tn — de respectievelijke binnen- en buitentemperatuur, waarbij de tweede waarde wordt genomen op de laagste waarde;
• b — extra warmteverliezen gerelateerd aan de oriëntatie van het gebouw ten opzichte van de windstreken.

De indicator van de thermische weerstand (R) wordt gevonden door de dikte van de constructie te delen door de warmtegeleidingscoëfficiënt van het materiaal waaruit het is vervaardigd.

De waarde van coëfficiënt b hangt af van de oriëntatie van het huis:

• 0,1 – noord, noordwest of noordoost;
• 0,05 – west, zuidoost;
• 0 – zuid, zuidwest.

Als u de kwestie bekijkt aan de hand van een willekeurig voorbeeld van de berekening van watergedragen vloerverwarming, wordt het duidelijker.

Concreet rekenvoorbeeld

Stel dat de muren van een huis voor niet-permanente bewoning, 20 cm dik, zijn gemaakt van cellenbetonblokken. De totale oppervlakte van de omhullende muren minus raam- en deuropeningen is 60 m². Buitentemperatuur -25°C, binnentemperatuur +20°C, de constructie is georiënteerd op het zuidoosten.

Gezien het feit dat de warmtegeleidingscoëfficiënt van de blokken λ = 0,3 W/(m°C) is, kunnen de warmteverliezen door de muren worden berekend: R=0,2/0,3= 0,67 m²°C/W.

Er wordt ook warmteverlies waargenomen door de pleisterlaag. Als de dikte 20 mm is, dan is Rpleister = 0,02/0,3 = 0,07 m²°C/W. De som van deze twee waarden geeft het warmteverlies via de muren: 0,67+0,07 = 0,74 m²°C/W.

Met alle uitgangsgegevens worden deze in de formule ingevuld en verkrijgt men het warmteverlies van de kamer met dergelijke muren: Q = 1/0,74*(20 — (-25)) *60*(1+0,05) = 3831,08 W.

Op dezelfde manier berekent men het warmteverlies via de overige bouwconstructies: ramen, deuropeningen, dak.

De warmte die door de verwarmingscircuits wordt afgegeven, kan onvoldoende zijn om de lucht in het huis tot de gewenste temperatuur te verwarmen als het vermogen te laag is. Bij overmatig vermogen is er sprake van overmatig gebruik van het verwarmingsmedium.

Om het warmteverlies via het plafond te bepalen, wordt de thermische weerstand gelijkgesteld aan de waarde voor het geplande of aanwezige type isolatie: R = 0,18/0,041 = 4,39 m²°C/W.

Het plafondoppervlak is identiek aan het vloeroppervlak en bedraagt 70 m². Door deze waarden in de formule in te vullen, verkrijgt men het warmteverlies via de bovenste bouwconstructie: Q plaf. = 1/4,39*(20 — (-25))* 70* (1+0,05) = 753,42 W.

Om het warmteverlies via het raamoppervlak te bepalen, moet men hun oppervlakte berekenen. Bij 4 ramen met een breedte van 1,5 m en een hoogte van 1,4 m is de totale oppervlakte: 4*1,5*1,4 = 8,4 m².

Als de fabrikant apart de thermische weerstand opgeeft voor het dubbelglas en het profiel — respectievelijk 0,5 en 0,56 m²°C/W, dan is Rramen = 0,5*90+0,56*10)/100 = 0,56 m²°C/W. Hierbij zijn 90 en 10 het aandeel van elk raamelement.

Op basis van de verkregen gegevens worden de verdere berekeningen voortgezet: Qramen = 1/0,56*(20 — (-25))*8,4*(1+0,05) = 708,75 W.

De buitendeur heeft een oppervlakte van 0,95*2,04 = 1,938 m². Dan is Rdeur = 0,06/0,14 = 0,43 m²°C/W. Q deur = 1/0,43*(20 — (-25))* 1,938*(1+0,05) = 212,95 W.

Omdat buitendeuren vaak worden geopend, gaat er veel warmte via hen verloren. Daarom is het belangrijk om ervoor te zorgen dat ze goed sluiten.

Uiteindelijk bedraagt het warmteverlies: Q = 3831,08 +753,42 + 708,75 + 212,95 + 7406,25 = W.

Aan dit resultaat wordt nog 10% toegevoegd voor luchtinfiltratie, dan is Q = 7406,25+740,6 = 8146,85 W.

Nu kan men ook het thermische vermogen van de vloer bepalen: Mvloer = 1,*8146,85 = 9776,22 W of 9,8 kW.

Benodigde warmte voor het verwarmen van de lucht

Als het huis is uitgerust met een ventilatiesysteem, dan moet een deel van de warmte die door de bron wordt gegenereerd, worden gebruikt voor het verwarmen van de van buiten komende lucht.

Voor de berekening wordt de formule gebruikt:

Qlucht = c*m*(tbinnen—tbuiten), waarbij

• c = 0,28 kg°C en geeft de warmtecapaciteit van de luchtmassa aan;
• m is het symbool voor de massastroom van de buitenlucht in kg.

De laatste parameter wordt verkregen door het totale luchtvolume, dat gelijk is aan het volume van alle ruimtes onder de voorwaarde dat de lucht elk uur wordt ververst, te vermenigvuldigen met de dichtheid, die varieert afhankelijk van de temperatuur.

De grafiek toont de afhankelijkheid van de luchtdichtheid van de temperatuur. De gegevens zijn nodig om de hoeveelheid warmte te berekenen die nodig is om de luchtmassa te verwarmen die het huis binnenkomt als gevolg van geforceerde ventilatie (+).

Als er 400 m³/h het gebouw binnenkomt, dan is m=400*1,422 = 568,8 kg/h. Qv. = 0,28*568,8*45 = 7166,88 W.

In dit geval zal het benodigde thermisch vermogen van de vloer aanzienlijk toenemen.

Berekening van het benodigde aantal leidingen

Voor het aanleggen van een vloer met waterverwarming kiest men verschillende methoden voor het leggen van buizen, die verschillen in vorm: slang in drie varianten – de eigenlijke slang, hoekvariant, dubbele en slakkenhuis. In één gemonteerd circuit kan een combinatie van verschillende vormen voorkomen. Soms kiest men voor de centrale zone van de vloer een 'slakkenhuis' en voor de randen een van de varianten van de 'slang'.

'Slakkenhuis' is een rationele keuze voor grote ruimtes met een eenvoudige geometrie. In sterk langwerpige ruimtes of ruimtes met een complexe vorm kan men beter de 'slang' toepassen (+).

De afstand tussen de buizen wordt de steek genoemd. Bij het kiezen van deze parameter moet aan twee vereisten worden voldaan: de voetzool mag geen temperatuurverschil voelen op verschillende zones van de vloer, en de buizen moeten zo efficiënt mogelijk worden gebruikt.

Voor de grenszones van de vloer wordt aanbevolen een steek van 100 mm toe te passen. In de overige delen kan de steek worden gekozen tussen 150 en 300 mm.

Vloerisolatie is van groot belang. Op de begane grond moet de dikte minimaal 100 mm bedragen. Hiervoor wordt minerale wol of geëxtrudeerd polystyreen (XPS) gebruikt.

Voor het berekenen van de buislengte is er een eenvoudige formule:

L = S/N*1.1, waarbij

• S – het oppervlak van het circuit;
• N – de steek van de aanleg;
• 1,1 – een marge voor bochten van 10%.

Aan de uiteindelijke waarde wordt een stuk buis toegevoegd dat van de verdeler naar de verdeling van het warme circuit is gelegd, zowel op de retour als op de aanvoer.

Voorbeeldberekening.

Uitgangswaarden:

• oppervlakte – 10 m²;
• afstand tot de verdeler – 6 m;
• steek van aanleg – 0,15 m.

De oplossing van de opgave is eenvoudig: 10/0,15*1,1+(6*2) = 85,3 m.

Bij gebruik van meerlaagse buizen met een lengte tot 100 m, kiest men meestal een diameter van 16 of 20 mm. Bij een buislengte van 120-125 m moet de doorsnede 20 mm² zijn.

Een enkelcircuitconstructie is alleen geschikt voor een ruimte met een klein oppervlak. De vloer in grote kamers wordt verdeeld in meerdere circuits in een verhouding van 1:2 – de lengte van de constructie moet tweemaal de breedte overschrijden.

De eerder berekende waarde is de totale lengte van de vloerbuis. Voor een volledig beeld moet echter de lengte van het afzonderlijke circuit worden bepaald.

Deze parameter wordt beïnvloed door de hydraulische weerstand van het circuit, die wordt bepaald door de diameter van de gekozen buizen en het volume water dat per tijdseenheid wordt toegevoerd. Als met deze factoren geen rekening wordt gehouden, worden de drukverliezen zo groot dat geen enkele pomp de warmtedrager kan laten circuleren.

Bepaling van het buisverbruik in functie van de gekozen legsteek

Circuits van één lengte zijn een ideale situatie, maar in de praktijk zelden voorkomend, omdat de oppervlakten van ruimtes met verschillende bestemmingen sterk verschillen en het eenvoudigweg niet zinvol is om de lengtes van de circuits op één waarde te brengen. Professionals staan een verschil in buislengte toe van 30 tot 40%.

Het toegestane aantal aangesloten lussen wordt bepaald door de diameter van de collector en de doorlaatcapaciteit van het mengblok. In het gegevensblad van het mengblok staat altijd de warmtebelasting waarvoor het is ontworpen.

Stel dat de doorlaatcapaciteitcoëfficiënt (Kvs) gelijk is aan 2,23 m³/h. Bij een dergelijke coëfficiënt kunnen bepaalde pompen een belasting van 10 tot 15 W aan.

Om het aantal circuits te bepalen, moet u de warmtebelasting van elk circuit berekenen. Als het door de verwarmde vloer ingenomen oppervlak 10 m² bedraagt en de warmteafgifte 1 m², dan is de Kvs-waarde 80 W, dus 10*80 = 800 W. Dat betekent dat het mengblok 15.000/800 = 18,8 ruimtes of circuits met een oppervlak van 10 m² kan leveren.

Deze waarden zijn maximaal en kunnen alleen theoretisch worden toegepast; in de praktijk moet het aantal met ten minste 2 worden verminderd, dus 18 – 2 = 16 circuits.

Bij het kiezen van een mengblok (collector) moet u controleren of deze het vereiste aantal uitgangen heeft.

Controle van de juiste selectie van de buisdiameter

Om te controleren of de buisdiameter correct is gekozen, kunt u de volgende formule gebruiken:

υ = 4*Q*10ᶾ/n*d²

Wanneer de snelheid overeenkomt met de gevonden waarde, is de buisdiameter correct gekozen. Normatieve documenten staan een maximale snelheid van 3 m/s toe bij een diameter tot 0,25 m, maar de optimale waarde is 0,8 m/s, omdat bij een toename van de snelheid het geluidsniveau in de leiding toeneemt.

Aanvullende informatie over de berekening van vloerverwarmingsbuizen vindt u in dit artikel.

Berekening van de circulatiepomp

Om het systeem economisch te maken, moet u een circulatiepomp selecteren die de vereiste opvoerhoogte en het optimale waterdebiet in de circuits levert. In de pompspecificaties wordt meestal de opvoerhoogte voor het langste circuit en het totale debiet van de warmtedrager in alle lussen vermeld.

De opvoerhoogte wordt beïnvloed door hydraulische verliezen:

∆ h = L*Q²/k1, waarbij

• L — de lengte van het circuit;
• Q — het waterdebiet l/sec;
• k1 — de coëfficiënt die de verliezen in het systeem karakteriseert; de waarde kan worden ontleend aan hydraulische referentietabellen of uit het apparaatpaspoort.

Als u de opvoerhoogte kent, berekent u het debiet in het systeem:

Q = k*√H, waarbij

k — de doorstroomcoëfficiënt. Professionals hanteren een doorstroom van 0,3-0,4 l/s per 10 m² huis.

Onder de componenten van een vloerverwarmingssysteem speelt de circulatiepomp een bijzondere rol. Alleen een apparaat waarvan het vermogen 20% hoger is dan het daadwerkelijke debiet van de warmtedrager, kan de weerstand in de leidingen overwinnen.

De cijfers over de opvoerhoogte en het debiet in het paspoort mogen niet letterlijk worden genomen — dit zijn maximumwaarden; in werkelijkheid worden ze beïnvloed door de lengte en geometrie van het netwerk. Bij een te hoge opvoerhoogte wordt de lengte van het circuit verminderd of wordt de diameter van de buizen vergroot.

Aanbevelingen voor het kiezen van de dikte van de dekvloer

In naslagwerken vindt u informatie dat de minimale dikte van de dekvloer 30 mm is. Wanneer de ruimte vrij hoog is, wordt onder de dekvloer isolatie geplaatst die de efficiëntie van het gebruik van warmte van het verwarmingscircuit verhoogt.

Het populairste materiaal voor de onderlaag is geëxtrudeerd polystyreenschuim. De warmteoverdrachtsweerstand is aanzienlijk lager dan die van beton.

Bij het aanbrengen van de dekvloer wordt de omtrek van de ruimte voorzien van een dilatatieband om de lineaire uitzetting van het beton te compenseren. Het is belangrijk de dikte correct te kiezen. Experts adviseren om bij een ruimteoppervlak van niet meer dan 100 m² een compensatielaag van 5 mm aan te brengen.

Als het oppervlak groter is vanwege een lengte van meer dan 10 m, wordt de dikte berekend met de formule:

b = 0,55*L, waarbij

L – de lengte van de kamer in m.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Over de berekening en installatie van een vloerverwarmingssysteem: dit videomateriaal:

In de video worden praktische aanbevelingen gegeven voor het leggen van de vloer. De informatie helpt fouten te voorkomen die amateurs meestal maken:

De berekening maakt het mogelijk een vloerverwarmingssysteem te ontwerpen met optimale prestaties. Het is toegestaan de verwarming te monteren met gebruik van paspoortgegevens en aanbevelingen.

Het zal werken, maar professionals adviseren toch de tijd te nemen voor een berekening, zodat het systeem uiteindelijk minder energie verbruikt.

Heeft u ervaring met het berekenen van vloerverwarming en het voorbereiden van een project voor een verwarmingscircuit? Of heeft u nog vragen over dit onderwerp? Deel alstublieft uw mening en laat reacties achter.