Τ.Ε.Ι. ΚΑΒΑΛΑΣ ΣΧΟΛΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΕΠΙΔΑΠΕΔΙΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΜΕ ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Εκπόνηση:: ΠΑΡΑΣΚΕΥΑ ΠΑΡΑΣΚΕΥΑΣ Επιβλέπων Καθηγητής: κ. ΝΑΜΛΗΣ ΘΕΟΦΙΛΟΣ ΚΑΒΑΛΑ 2007
Ευρετήριο Περιεχομένων & Σχημάτων i ΠΙΝΑΚΑΣ ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΩΝ 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1 1.1 ΘΕΡΜΙΚΗ ΑΝΕΣΗ 2 1.2 ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΠΟΙΟΤΗΤΑ 2 1.3 ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΑ ΟΦΕΛΗ 3 2 ΕΠΙΔΑΠΕΔΙΟ ΘΕΡΜΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ 4 2.1 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΗΣ ΕΝΔΟΔΑΠΕΔΙΑΣ 4 2.1.1 Η ΠΗΓΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ 4 2.1.2 ΚΥΚΛΟΦΟΡΗΤΗΣ 5 2.1.3 ΔΙΑΝΟΜΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΣΤΟΥΣ ΣΥΛΛΕΚΤΕΣ 7 2.1.4 ΣΥΛΛΕΚΤΕΣ ΠΡΟΣΑΓΩΓΗΣ ΕΠΙΣΤΡΟΦΗΣ 7 2.1.5 ΤΟ ΚΥΚΛΩΜΑ ΤΩΝ ΣΩΛΗΝΟΓΡΑΜΜΩΝ 9 2.1.6 Η ΜΟΝΩΣΗ 10 2.2 Ο ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΝΔΟΔΑΠΕΔΙΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ 11 2.2.1 ΤΥΠΙΚΕΣ ΤΟΠΟΘΕΤΗΣΕΙΣ 12 2.2.1.1 ΤΟ ΣΤΕΡΕΟ ΠΑΤΩΜΑ (SOLID GROUND FLOOR) 12 2.2.1.2 ΤΟ ΠΛΕΟΥΜΕΝΟ ΠΑΤΩΜΑ (FLOATING FLOOR) 13 2.2.1.3 ΤΟ ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΟ ΠΑΤΩΜΑ (TIMBER-INTERMEDIATE) 14 2.3 ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ 15 2.4 ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΣΤΟ ΕΠΙΔΑΠΕΔΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑ 18 2.5 ΘΕΡΜΙΚΗ ΜΑΖΑ 21 2.5.1 ΕΠΟΧΙΑΚΗ ΕΠΙΡΡΟΗ ΤΗΣ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΜΑΖΑΣ 22 2.5.2 ΚΛΙΜΑ ΚΑΙ ΘΕΡΜΙΚΗ ΜΑΖΑ 24 2.5.3 ΕΝΤΟΠΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΜΑΖΑΣ 24 2.5.4 ΠΟΣΟ ΘΕΡΜΙΚΗΣ ΜΑΖΑΣ 25 2.5.5 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ΚΑΛΥΨΗΣ ΧΡΩΜΑΤΟΣ ΣΥΣΤΑΣΗΣ ΠΑΤΩΜΑΤΩΝ 25 2.5.6 ΕΙΔΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ 27 3 ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ 29 3.1 ΜΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΧΡΗΣΗ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 29 3.1.1 ΜΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΕΣ ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ 32 3.2 ΤΥΠΟΙ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ 34 3.2.1 ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΖΕΣΤΟΥ ΝΕΡΟΥ 35 3.2.2 ΑΝΟΙΧΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΓΗΙΝΩΝ ΣΥΖΕΥΞΕΩΝ 37 3.2.2.1 ΦΡΕΑΤΙΑ ΕΦΟΔΙΑΣΜΟΥ ΚΑΙ ΔΙΑΧΥΣΗΣ 38 3.2.2.2 ΠΗΓΑΔΙΑ ΦΡΕΑΤΙΑ ΣΤΗΛΕΣ (SCW) 39 3.2.3 ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΟΙ ΕΝΑΛΛΑΚΤΕΣ ΚΛΕΙΣΤΟΥ ΒΡΟΧΟΥ 41 3.2.3.1 ΟΡΙΖΟΝΤΙΟΙ ΕΝΑΛΛΑΚΤΕΣ ΚΛΕΙΣΤΟΥ ΒΡΟΧΟΥ 43 3.2.3.2 ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΟΙ ΕΝΑΛΛΑΚΤΕΣ ΚΛΕΙΣΤΟΥ ΒΡΟΧΟΥ 44 3.2.3.3 ΕΠΙΔΟΣΗ ΚΑΙ ΑΠΟΔΟΣΗ 45
Ευρετήριο Περιεχομένων & Σχημάτων ii 3.3 ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΚΑΙ ΔΟΚΙΜΗ ΠΗΓΑΔΙΩΝ 46 3.4 ΕΠΙΛΟΓΗ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗΣ ΑΝΤΛΙΑΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ 50 3.4.1 ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΕΣ ΑΝΤΛΙΕΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΝΕΡΟΥ ΝΕΡΟΥ 51 3.4.2 ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΑΝΤΛΙΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΟΡΟΦΗΣ 52 3.4.3 ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΑΝΤΛΙΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΝΕΡΟΥ ΑΕΡΑ 53 4 ΑΝΤΛΙΕΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ 56 4.1 Ο ΚΥΚΛΟΣ ΤΩΝ ΑΝΤΛΙΩΝ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ 56 4.2 ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΤΩΝ ΑΝΤΛΙΩΝ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ 58 4.3 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΚΤΗΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ 58 4.4 ΘΕΡΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ ΚΑΙ ΑΝΑΛΥΣΗ ΦΟΡΤΙΩΝ ΚΤΙΡΙΟΥ 59 4.5 ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΕΣ ΑΝΤΛΙΕΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ 61 4.5.1 ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΑΝΤΛΙΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΝΕΡΟΥ ΓΙΑ ΝΟΣΟΚΟΜΕΙΟ 63 4.5.2 ΟΙΚΙΑΚΕΣ ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΕΣ ΑΝΤΛΙΕΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΝΕΡΟΥ 64 4.5.3 ΓΗΙΝΕΣ ΣΥΖΕΥΞΕΙΣ & ΑΝΤΛΙΕΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΩΝ ΝΕΡΩΝ 67 4.5.4 ΑΝΤΛΙΕΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΝΕΡΟΥ 69 4.5.4.1 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ 69 4.5.4.2 ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΕΣ ΒΡΟΧΩΝ 71 4.5.4.3 ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΗ ΑΠΟΔΟΣΗ ΚΑΙ ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΧΡΗΣΗΣ 72 4.5.4.4 ΠΥΡΓΟΣ ΨΥΞΗΣ ΚΛΕΙΣΤΟΥ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ 72 4.5.4.5 ΘΕΡΜΑΝΤΗΡΑΣ ΝΕΡΟΥ 73 4.5.4.6 ΔΕΞΑΜΕΝΗ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ 74 4.5.4.7 ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ ΕΛΕΓΧΟΥ 74 4.5.4.8 ΓΕΩΘΕΡΜΙΚΗ ΔΙΑΤΑΞΗ ΑΝΤΛΙΑΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΝΕΡΟΥ ΝΕΡΟΥ 76 4.6 ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΝΑΚΤΗΣΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΑΕΡΑ ΑΕΡΑ 77 4.6.1 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΙΚΟΤΗΤΑ 78 4.6.2 ΕΝΑΛΛΑΚΤΗΣ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΣΤΑΘΕΡΟΠΟΙΗΜΕΝΩΝ ΠΛΑΚΩΝ (FIXED-PLATE) 79 4.6.3 ΠΕΡΙΜΕΤΡΙΚΑ ΔΙΑΤΡΕΧΩΜΕΝΟΙ (RUN-AROUND) ΒΡΟΧΟΙ ΣΠΕΙΡΩΝ 80 4.6.4 ΕΝΑΛΛΑΚΤΗΣ ΤΥΠΟΥ ΣΩΛΗΝΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ 81 5 ΗΛΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ 84 5.1 Η ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΗ ΚΥΨΕΛΗ 84 5.2 ΑΡΘΡΩΜΑΤΑ ΚΑΙ ΣΥΣΤΟΙΧΙΕΣ 85 5.3 ΙΣΟΔΥΝΑΜΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΚΥΚΛΩΜΑ 87 5.4 ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΣΥΣΤΟΙΧΙΑΣ 90 5.4.1 ΕΝΤΑΣΗ ΗΛΙΑΚΟΥ ΦΩΤΟΣ 90 5.4.2 ΓΩΝΙΑ ΗΛΙΑΚΟΥ ΦΩΤΟΣ 91 5.4.3 ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΣΚΙΑΣΗΣ 91 5.4.4 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΣ 93 5.4.5 ΚΑΛΥΨΗ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟΥ ΦΟΡΤΙΟΥ 95 5.4.6 ΕΝΤΟΠΙΣΜΟΣ ΗΛΙΑΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ 96 5.4.7 ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΑ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ 98
Ευρετήριο Περιεχομένων & Σχημάτων iii 6 ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΕΠΙΔΑΠΕΔΙΑΣ ΜΕ ΕΝΑΛΛΑΚΤΙΚΕΣ 101 6.1 ΗΛΙΑΚΟ ΣΠΙΤΙ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ VIRGINIA 101 6.1.1 ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΟΣ ΑΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ 104 6.2 ΑΝΤΛΙΑ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΣΕ ΣΠΙΤΙ ΣΤΟ RAYMOND 105 6.3 ΔΙΑΦΟΡΑ ΣΧΕΔΙΑ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ 109 7 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 113 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΣΧΗΜΑΤΩΝ Σχήμα 2-1. Συνήθης μορφή ενός κυκλοφορητή. 5 Σχήμα 2-2. Χαρακτηριστικές καμπύλες κυκλοφορητών από την Grundfs. 6 Σχήμα 2-3. Συλλέκτες επιδαπέδιας (μορφολογία 1). 8 Σχήμα 2-4. Συλλέκτες επιδαπέδιας (μορφολογία 2). 8 Σχήμα 2-5. Τύποι κυκλώματα σωληνώσεων. 10 Σχήμα 2-6. Τύπος στέρεου πατώματος (Slid Grund Flr). 12 Σχήμα 2-7. Τύπος στέρεου πατώματος (Slid Grund Flr) με έδραση πλέγματος. 13 Σχήμα 2-8. Τύπος πλεούμενου πατώματος (Flating Flr). 14 Σχήμα 2-9. Τύπος αιωρούμενου πατώματος με μίγμα άμμου/ τσιμέντου. 15 Σχήμα 2-10. Τύπος αιωρούμενου πατώματος με τις σωλήνες επάνω από το υπόστρωμα. 15 Σχήμα 2-11. Επιδαπέδιο σύστημα θέρμανσης οικιακής χρήσεως. 16 Σχήμα 2-12. Επιδαπέδιο σύστημα εμπορικής οικιακής χρήσεως. 17 Σχήμα 2-13. Τοποθέτηση θερμοστάτη σε ένα ενδοδαπέδιο σύστημα. 17 Σχήμα 2-14. Θερμογραφία ενός επιδαπέδιου συστήματος θέρμανσης. 18 Σχήμα 2-15. (a) Υλικά με υψηλή ικανότητα θερμικής αποθήκευσης. (b) Υλικά με χαμηλή ικανότητα ----------- θερμικής αποθήκευσης. 21 Σχήμα 2-16. Δράση θερμικής μάζας το καλοκαίρι. 22 Σχήμα 2-17. Σύγκριση καλοκαιρινών θερμοκρασιών σε κτίρια με διαφορετική θερμική μάζα. 23 Σχήμα 2-18. Δράση θερμικής μάζας το χειμώνα. 23 Σχήμα 2-19. (a) Θερμική μάζα εντός μονωμένης περιοχής. (β) Εστία σε εσωτερικούς τοίχους. 24 Σχήμα 2-20. Μόνωση πήλινης τοιχοποιίας. 27 Σχήμα 2-21. (a) Αντιστροφή ξύλου τούβλου σε τσιμεντένια πλάκα. (b) Αντιστροφή ξύλου τούβλου σε - ----- ξύλινο πάτωμα. 28 Σχήμα 3-1. Διάγραμμα απόστασης μετάδοσης θερμοκρασίας ρευστού για σωλήνα 18 (in) και μόνωση -- ----- πολυουρεθάνης πάχους 2 (in). 32 Σχήμα 3-2. Διάγραμμα Lindal. 33 Σχήμα 3-3. Θεμελιώδες μοντέλο ενός γεωθερμικού συστήματος ζεστού νερού. 36 Σχήμα 3-4. Γενική διάταξη γήινης σύζευξης ανοιχτού βρόχου. 37 Σχήμα 3-5. α) Γήινη σύζευξη με φρεάτια αναρρόφησης & διάχυσης. β) Σήτες πηγαδιών. 38 Σχήμα 3-6. Γήινη σύζευξη με φρεάτια στήλες. 40 Σχήμα 3-7. Γεωθερμικές συζεύξεις κλειστού βρόχου. 42 Σχήμα 3-8. Γήινη σύζευξη κλειστού βρόχου με οριζόντιες σωλήνες με μέθοδο Slinky. 44
Ευρετήριο Περιεχομένων & Σχημάτων iv Σχήμα 3-9. Γήινη σύζευξη κλειστού βρόχου με κατακόρυφες σωλήνες 45 Σχήμα 3-10. Διαγράμματα επιλογής τοποθεσίας. 47 Σχήμα 3-11. Σωλήνας γεώτρησης με διαμαντένια ακμή πυρήνα. 48 Σχήμα 3-12. Μηχανή γεώτρησης πηγαδιών της Gardner Denver με υγρό γεώτρησης αέρα ή νερό. 49 Σχήμα 3-13. Μηχανή γεώτρησης πηγαδιών σε λειτουργία. 50 Σχήμα 3-14. Γεωθερμική αντλία θερμότητας νερού νερού. 51 Σχήμα 3-15. Γεωθερμική αντλία θερμότητας οροφής. 52 Σχήμα 3-16. Γεωθερμική αντλία θερμότητας νερού αέρα. 53 Σχήμα 3-17. Split γεωθερμική αντλία θερμότητας νερού αέρα. 54 Σχήμα 4-1. Κύκλος αντλίας θερμότητας. (a) Σκαρίφημα, (b) Διάγραμμα p h. 57 Σχήμα 4-2. Ανάλυση κτιριακού φορτίου για εμπορικά καταστήματα χωρίς την ηλιακή ακτινοβολία. 60 Σχήμα 4-3. Ένα τυπικό σύστημα γεωθερμικής αντλίας θερμότητας νερού για νοσοκομείο. 63 Σχήμα 4-4. Γεωθερμική αντλία θερμότητας νερού για κατοικίες. 66 Σχήμα 4-5. Αντλία θερμότητας γήινης σύζευξης. (a) Σκαρίφημα. (b) Επίγεια σπείρα τύπου πλέγματος._68 Σχήμα 4-6. Χαρακτηριστικό κλειστό κύκλωμα αντλίας θερμότητας νερού. (a) Σκαρίφημα. (b) Σκαρίφημα --- της αντλίας θερμότητας. 70 Σχήμα 4-7. Πύργος ψύξης ανοιχτού κυκλώματος για αντλία θερμότητας νερού. 73 Σχήμα 4-8. Σκαρίφημα γεωθερμικής αντλίας θερμότητας νερού. (a) Λειτουργία ψύξης. (b) Λειτουργία ---- -- θέρμανσης. 77 Σχήμα 4-9. Εναλλάκτης θερμότητας σταθεροποιημένων πλακών. 80 Σχήμα 4-10. Εναλλάκτης θερμότητας με σπείρες Run-arund. 81 Σχήμα 4-11. Εναλλάκτης τύπου σωλήνα θερμότητας. (a) Ο εναλλάκτης και τα ρεύματα αέρα. (b) Σωλήνας --- θερμότητας. 82 Σχήμα 5-1. Δίοδος p n για δημιουργία Φωτοβολταϊκού φαινομένου. 84 Σχήμα 5-2. Βασική κατασκευή φωτοβολταϊκής κυψέλης με επιπλέον χαρακτηριστικά. 85 Σχήμα 5-3. Αρκετές PV κυψέλες αποτελούν το άρθρωμα. Πολλά αρθρώματα δίνουν τη συστοιχία. 86 Σχήμα 5-4. Μέρη ενός φωτοβολταϊκού αρθρώματος (mdule). 86 Σχήμα 5-5. Μέθοδοι τοποθέτησης ενός φωτοβολταϊκού αρθρώματος (πάνελ). 87 Σχήμα 5-6. Ισοδύναμο ηλεκτρικό κύκλωμα μιας φωτοβολταϊκής κυψέλης. 88 Σχήμα 5-7. Χαρακτηριστική i v ενός φωτοβολταϊκού πάνελ (άρθρωμα). 89 Σχήμα 5-8. Χαρακτηριστική i v ενός φωτοβολταϊκού πάνελ για διαφορετική ηλιακή ένταση. 90 Σχήμα 5-9. Διάγραμμα αποδοτικότητας φώτο-μετατροπής συναρτήσει έντασης ηλιακής ακτινοβολίας._90 Σχήμα 5-10. Καμπύλη Kelley για ηλιακές γωνίες 0 90 91 Σχήμα 5-11. Φαινόμενο σκίασης σε ένα φωτοβολταϊκό πάνελ μιας σειράς. 92 Σχήμα 5-12. Δίοδος παράκαμψης για πολύ υψηλή σκίαση. 92 Σχήμα 5-13. Επίδραση της θερμοκρασίας στην i-v χαρακτηριστική. 93 Σχήμα 5-14. Επίδραση θερμοκρασίας στην p-v χαρακτηριστική. 94 Σχήμα 5-15. Λειτουργική ευστάθεια και επιλογή φορτίου για ωμικά και συνεχή φορτία ισχύος. 95 Σχήμα 5-16. Ιχνηλάτης διπλού άξονα. 96 Σχήμα 5-17. Κινητήρας ενεργοποιήσεως ενός ιχνηλάτη. 97 Σχήμα 5-18. Αρχή εντοπισμού της ηλιακής ακτινοβολίας. 98 Σχήμα 5-19. Κύρια εξαρτήματα ενός φωτοβολταϊκού συστήματος. 99 Σχήμα 6-1. Το ηλιακό σπίτι από το Πανεπιστήμιο της Virginia. 101
Ευρετήριο Περιεχομένων & Σχημάτων v Σχήμα 6-2. Επιδαπέδια του ηλιακού σπιτιού του Πανεπιστήμιου της Virginia. 102 Σχήμα 6-3. Αντλία θερμότητας του ηλιακού σπιτιού του Πανεπιστήμιου της Virginia. 103 Σχήμα 6-4. Συστοιχία μπαταριών & εξαρτημάτων διαχείρισης ισχύος των PV πάνελ. 103 Σχήμα 6-5. Γεωθερμική επιδαπέδια στο Maine του Raymnd. 108
Κεφάλαιο 1 ο. Εισαγωγή 1 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Οι τεχνολογίες των ακτινοβόλων σωμάτων και πιο συγκεκριμένα τα θερμαινόμενα ακτινοβόλα πατώματα (επιδαπέδια συστήματα), μετατρέπονται ολοένα σε ολοκληρωμένες λύσεις σχεδιασμού οικολογικών κατοικιών υψηλής απόδοσης. Είναι μία από τις τεχνολογίες θέρμανσης χαμηλής θερμοκρασίας η οποία πιστεύεται ότι θα μειώσει την ενεργειακή κατανάλωση λειτουργώντας αποτελεσματικά κάτω από τις όποιες απαιτήσεις του κτιρίου. Στις ΗΠΑ η πλειοψηφία των κατοικιών και των γραφείων είναι εφοδιασμένα με συστήματα κλιματισμού του αέρα, τα οποία αξιοποιούν την αρχή της μεταφοράς της θερμότητας και του μηχανικού εξαερισμού για να κυκλοφορήσουν θερμό ή δροσερό αέρα στους εσωτερικούς χώρους με ενσωματωμένους ανεμιστήρες σε αυτούς. Τούτη η τεχνολογία βασίζεται αποκλειστικά στην εξαναγκασμένη διανομή επεξεργασμένου αέρα για τη διατήρηση της θερμικής άνεσης και ποιότητας του εσωτερικού αέρα, για αυτό και προσπαθεί να ισορροπήσει τα εξαρτήματα των εξωτερικών μονάδων της και αναδιανομής του αέρα προκειμένου να εξοικονομήσει ενέργεια, δίνοντας συμβιβαστικές λύσεις στην υγιεινή του εσωτερικού αέρα. Σε όλα λοιπόν, τα συστήματα αέρα υπάρχουν τα προβλήματα της σχετικά υψηλής ενεργειακής κατανάλωσης, των υψηλών κοστών, της φτωχής ποιότητας του εσωτερικού αέρα, του θορύβου και ορισμένες φορές του ανεπαρκούς τραβήγματος του αέρα, τα οποία ώθησαν στην εξερεύνηση καινούριων λύσεων για τη θέρμανση και το δροσισμό των κτιρίων. Η θέρμανση χαμηλής θερμοκρασίας και ο δροσισμός υψηλής θερμοκρασίας θεωρούνται ως μια πολύ πιθανή αντιμετώπιση αυτών των προβλημάτων, με πιο γνωστή εφαρμογή τούτων των τεχνολογιών τη θέρμανση και δροσισμό επιδαπέδιου συστήματος. Τούτη η τεχνολογία υπόσχεται μεγάλες πιθανότητες στην ενεργειακή αποδοτικότητα της μεταφοράς θερμότητας με νερό έναντι του αέρα, ενώ ταυτόχρονα συντηρεί πολύ καλύτερη υγιεινή στο εσωτερικό περιβάλλον. Επομένως, περνάμε από την ιδέα του κλιματισμού του αέρα στον κλιματισμό του χώρου. Τα Ρωμαϊκά υπό-καυστικά συστήματα δημιουργήθηκαν πολύ πριν από 2000 χρόνια πριν και αποτελούνταν από υπερυψωμένα πατώματα, φτιαγμένα από μπετόν ή από πλάκες μωσαϊκού, κάτω από τις οποίες κινούνταν θερμά αέρια. Τούτα τα αέρια παράγονταν από έναν κλίβανο και έρεαν εντός κοίλων χώρων κάτω από τα υπερυψωμένα πατώματα, μέχρις ότου απελευθερώνονταν στην ατμόσφαιρα μέσω σωληνώσεων στους τοίχους. Γύρω στην ίδια χρονική περίοδο οι Τούρκοι δρόσιζαν τις κατοικίες τους, με την κυκλοφορία ψυχρού νερού από ποτάμι, το οποίο κινούνταν σε διάκενα που φτιάχνονταν στους τοίχους ή τα πατώματα. Εν τούτοις, το Ρωμαϊκό μοντέλο για την ακτινοβόλο θερμότητα δε χρησιμοποιήθηκε από όλο τον κόσμο και αυτό γιατί πιθανόν το κόστος εγκατάστασης ήταν υψηλό και είχε υψηλή πολυπλοκότητα στο σχεδιασμό. Έτσι, για αιώνες τα τζάκια αποτέλεσαν την κύρια πηγή θέρμανσης των κατοικιών και ήταν περίπου στα μέσα του δέκατου-όγδοου αιώνα που οι σόμπες χυτοσιδήρου αποτέλεσαν τη βασική πηγή θέρμανσης και μετά από αυτές ακολούθησε το μπόιλερ ζεστού νερού μαζί με τις μεγάλες σε μήκος σωλήνες του, μέσω των οποίων μεταφέρονταν το θερμό νερό. Το πρώτο σχέδιο μπόιλερ κατοχυρώνεται στον Sir Jhn Stne ο οποίος εγκατέστησε το 1790, ένα σύστημα θέρμανσης σωλήνων στην
Κεφάλαιο 1 ο. Εισαγωγή 2 τράπεζα της Αγγλίας. Έκτοτε, ο σχεδιασμός σωμάτων ακτινοβολίας εξελίχθηκε σταδιακά και η χρήση του νερού έδωσε τη θέση της στον ατμό και μετά πάλι στο νερό, αλλά τούτη τη φορά με σωλήνες μικρότερης διατομής. Τα σύνθετα σώματα θέρμανσης που χρησιμοποιούνται στις μέρες μας παρουσιάστηκαν στις αρχές του εικοστού αιώνα. Η μοντέρνα ανάπτυξη της θερμότητας με ακτινοβολία ξεκίνησε το 1907, όταν ο Arthur H Barker, Βρετανός καθηγητής, ανακάλυψε ότι μικροί σωλήνες ζεστού νερού καλυμμένοι από κονίαμα ή τσιμέντο, αποτελούν ένα πολύ αποδοτικό θερμικό σύστημα. Το επακόλουθο ήταν να χρησιμοποιηθεί στην Ευρώπη το σύστημα θερμαινόμενων πατωμάτων, για τα συμβατικά κτίρια, για ανοιχτές ταράτσες πολλών σανατορίων και για υπαίθρια κιόσκια, όπως το British Wrld Fair. Στις ΗΠΑ ο Frank Llyd Wright το 1937, εγκατέστησε ακτινοβόλα πάνελ θέρμανσης στο κτίριο Jhnsn Wax και μέχρι το 1940, το Architectural Recrd είχε αναφέρει την ύπαρξη οχτώ τέτοιων εγκαταστάσεων σε διαφορετικούς τύπους κτιρίων, τέσσερις κατοικίες, μία εκκλησία, ένα γυμνάσιο, ένα κτίριο γραφείων και ένα υπόστεγο αεροσκαφών. 1.1 ΘΕΡΜΙΚΗ ΑΝΕΣΗ Ένα επιδαπέδιο σύστημα θέρμανσης λοιπόν προσφέρει, θερμική άνεση, καλή ποιότητα εσωτερικού αέρα και μικρή ενεργειακή κατανάλωση. Για την θερμική άνεση, έχει βρεθεί ότι η ιδανική θερμική ισορροπία του σώματος επιτυγχάνεται με ακτινοβολία κατά 50%, με μεταφορά κατά 30% και εξάτμιση (ιδρώτας και εκπνοές από το στόμα) κατά 20%, οπότε με ένα ιδανικά σχεδιασμένο σύστημα κλιματισμού, οι κάτοικοι δε θα καταλάβαιναν εάν αυτό λειτουργούσε για να δροσίσει ή για να θερμάνει. Τα επιδαπέδια συστήματα θέρμανσης προσπαθούν να επιτύχουν αυτό, και αντίθετα με τα συστήματα εξαναγκασμένης ροής αέρα, στα ενδοδαπέδια η εναλλαγή της θερμότητας συμβαίνει από το πάτωμα προς το δωμάτιο με μεταφορά και κατά βάση με ακτινοβολία. Επειδή λοιπόν η ενέργεια της ακτινοβολίας ταξιδεύει στο χώρο χωρίς να θερμαίνει τον ίδιο τον αέρα, αλλά αντίθετα απορροφάται από τα αντικείμενα του χώρου, τα υδρονικά συστήματα θέρμανσης με ακτινοβολία μπορούν να διαχωρίσουν τον εξαερισμό από τον κλιματισμό, παρέχοντας έτσι φρέσκο αέρα και ταυτόχρονα κλιματισμένο δίχως να συσχετίζονται αυτές οι δύο διεργασίες. Το παρόν οδηγεί στις παρακάτω παρατηρήσεις. 1. Η αισθητή άνεση επιτυγχάνεται με ελαφρώς χαμηλότερη θερμοκρασία. 2. Επειδή οι κάτοικοι έχουν ελαφρώς διαφορετικές θερμοκρασιακές προτιμήσεις, θα ήθελαν να ελέγχουν τα δωμάτια ανεξάρτητα. 3. Τα επιδαπέδια θερμικά συστήματα εξασφαλίζουν σχεδόν σταθερή ακτινοβολία και επομένως σταθερή θερμοκρασία σε όλο τον κλιματιζόμενο χώρο. 1.2 ΕΣΩΤΕΡΙΚΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΠΟΙΟΤΗΤΑ Σύμφωνα με το USEPA οι περισσότεροι άνθρωποι περνούν το 90% του χρόνου τους σε εσωτερικούς χώρους και συνεπώς η ποιότητα του αέρα ενός εσωτερικού χώρου αποκτά ζωτική σημασία για ένα πιο υγιεινό εσώτερο περιβάλλον. Ο εξαερισμός παρέχει στο χώρο φρέσκο αέρα διαλύοντας τις όποιες μολυσματικές συγκεντρώσεις και μεταφέροντας τες
Κεφάλαιο 1 ο. Εισαγωγή 3 έξω, ενώ αν αυτός είναι ανεπαρκής μπορεί να προκαλέσει προβλήματα επιτρέποντας κακά επίπεδα υγρασίας και θερμοκρασίας στο χώρο. Εφόσον λοιπόν, τα επιδαπέδια θερμικά συστήματα διαχειρίζονται μονάχα την αισθητή θερμότητα, θα πρέπει να χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με ένα χαμηλής ροής σύστημα αερισμού, το οποίο στοχεύει στη συντήρηση της εσωτερικής ποιότητας του αέρα και στην κυκλοφορία των λανθάνων φορτίων και των φορτίων υγρασίας του χώρου. Βέβαια, το παρόν εννοείται για μεγάλους κτιριακούς χώρους όπως εμπορικά κέντρα, νοσοκομεία κτλ, καθότι ο οικιακός αερισμός δεν απαιτεί σύστημα εξαερισμού. Εάν το εξωτερικό περιβάλλον είναι ξηρό, τότε η διάταξη εξαερισμού αναλαμβάνει την εφύγρανση του αέρα έως ότου να πετύχει ένα αποδεκτό εύρος της τάξεως του 40% ως 60% σχετικής υγρασίας. Εφόσον ο εξαερισμός λειτουργεί για να διατηρεί την εσωτερική ποιότητα του αέρα και να ανακυκλώνει τα λανθάνων φορτία, χωρίς να εκτελεί κανένα είδος αισθητής θέρμανσης, τότε η ταχύτητα του αέρα είναι πολύ μικρή (δίχως θόρυβο, χωρίς ρεύμα αέρα). 1.3 ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΑ ΟΦΕΛΗ Η δυναμική για χαμηλότερες ενεργειακές καταναλώσεις υπάρχει μέσω διαφόρων μηχανισμών, περιλαμβάνοντας τις χαμηλές θερμοκρασίες του θερμοστάτη και του μπόιλερ και τα μειωμένα φιλτραρίσματα. Βασικά, μια τυπική διάταξη κλιματισμού του αέρα απαιτεί ενέργεια για να θερμάνει και ενέργεια για να μεταφέρει τον αέρα στους διάφορους χώρους του κτιρίου και πάλι πίσω και επιπρόσθετα το νερό διαθέτει τέσσερις φορές μεγαλύτερη χωρητικότητα απορρόφησης θερμότητας από ό,τι ο αέρας. Με άλλα λόγια ένα κιλό νερού δύναται να απορροφήσει τέσσερις φορές περισσότερη ενέργεια από ό,τι ένα κιλό αέρα, για αυτό και η μεταφορά του ίδιου ποσού θερμότητας απαιτεί τέσσερις φορές μικρότερη μάζα νερού συγκριτικά με τον αέρα. Συμπερασματικά, εφόσον η θερμική άνεση επιτυγχάνεται κυρίως με ακτινοβολία, οι άνθρωποι τείνουν να νιώθουν πιο άνετα με την πιο μικρή ποσότητα αέρα κυκλοφορίας στο χώρο. Επιπρόσθετα, αυτά τα συστήματα κρατούν τη θερμοκρασία του λέβητα σε χαμηλότερα επίπεδα από ό,τι τα συμβατικά συστήματα διανομής θερμού νερού.
Κεφάλαιο 2 ο. Επιδαπέδιο Σύστημα Ακτινοβολίας. 4 2 ΕΠΙΔΑΠΕΔΙΟ ΘΕΡΜΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ Με τα συμβατικά σώματα θέρμανσης, η θερμότητα που παράγεται είναι ένα προϊόν του μεγέθους της επιφάνειας του εκπομπού και της μέσης θερμοκρασίας του νερού που το διαρρέει, για αυτό και για ένα δεδομένο μέγεθος σώματος η εξαγόμενη θερμότητα μπορεί να ποικίλει ανάλογα με τη μέση θερμοκρασία του νερού. Αυτός ο κανόνας εφαρμόζεται και στο ενδοδαπέδιο σύστημα θέρμανσης, για το οποίο το μέγεθος του εκπομπού γίνεται το ίδιο το δάπεδο, που είναι τόσο μεγάλο ώστε είναι δυνατόν να μειωθεί η μέση θερμοκρασία του νερού, αρκετά χαμηλά από τις συνήθης χρησιμοποιούμενες τιμές των σωμάτων και να παρέχει την απαιτούμενη θερμότητα. Τα μοντέρνα συστήματα ενδοδαπέδιας κεντρικής θέρμανσης λειτουργούν με ζεστό νερό χαμηλής θερμοκρασίας εντός των σωληνώσεων τους, οι οποίες είναι είτε εντός είτε προσκολλημένες στο δάπεδο. Η παραγόμενη θερμότητα ακτινοβολείται από το πάτωμα προς τα λοιπά αντικείμενα του χώρου για να τα ζεστάνει. Επίσης, θεωρείται πως υφίσταται και ένα μικρό ποσό θερμότητας που κινείται με συναγωγή (μεταφορά) από το δάπεδο και θερμαίνει τον αέρα του χώρου. Ο ρυθμός της ροής της θερμότητας από το σύστημα καθορίζεται από: Τη μέση θερμοκρασία του νερού Τη μεταξύ απόσταση και τη διάμετρο των σωληνώσεων Το φινίρισμα του δαπέδου Την κατασκευή του δαπέδου Η μέση θερμοκρασία του νερού και το διάκενο των σωληνώσεων μπορούν να ποικίλουν έτσι ώστε να παρέχουν την απαιτούμενη θερμοκρασία του χώρου υπερνικώντας θέματα όπως, η υπερβολική θερμική απώλεια ή το μη επιθυμητό φινίρισμα πατώματος, και πρέπει να καθορίζονται με προσοχή από το σχεδιαστή. 2.1 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΗΣ ΕΝΔΟΔΑΠΕΔΙΑΣ Τα πιο βασικά στοιχεία ενός συστήματος κεντρικής θέρμανσης με ενδοδαπέδια είναι: 1) Η πηγή της θερμότητας 2) Η αντλία κυκλοφορίας του μέσου (κυκλοφορητής) 3) Οι συλλέκτες διανομής θερμότητας 4) Οι συλλέκτες προσαγωγής και επιστροφής 5) Το κύκλωμα των σωληνογραμμών 6) Η μόνωση 2.1.1 Η ΠΗΓΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ Παραδοσιακά η πηγή θερμότητας είναι ένα θερμό-μπόιλερ το οποίο παράγει το ζεστό νερό χαμηλής θερμοκρασίας για το σύστημα. Μάλιστα, τα μοντέρνα μπόιλερ με υψηλή απόδοση συμπυκνώσεως είναι ιδανικά για την επιδαπέδια θέρμανση, καθώς η χαμηλή θερμοκρασία του νερού επιτρέπει στην πηγή να λειτουργεί στην κατάσταση συμπυκνώσεως τον περισσότερο χρόνο, αυξάνοντας έτσι την αποδοτικότητα ακόμη πιο πολύ. Παρόλα αυτά
Κεφάλαιο 2 ο. Επιδαπέδιο Σύστημα Ακτινοβολίας. 5 όμως, θα πρέπει να γίνεται με προσοχή η επιλογή του μπόιλερ καθώς δεν είναι όλες οι μονάδες συμβατές. Μερικοί λέβητες δε μπορούν να αντέξουν για μεγάλα χρονικά διαστήματα τις χαμηλές θερμοκρασίες νερού, εμφανίζοντας διάβρωση και από τις μικρές θερμοκρασιακές διαφορές ανάμεσα στη ροή και την επιστροφή δύναται να προκληθούν προβλήματα ελέγχου και πολύ μεγάλοι κύκλοι. Τελευταία, έχουν εμφανιστεί άλλου είδους πηγές θερμότητας οι οποίες είναι ιδανικές για να παρέχουν την χαμηλής βαθμίδας ενέργεια που χρειάζεται και καλούνται αντλίες θερμότητας. 2.1.2 ΚΥΚΛΟΦΟΡΗΤΗΣ Η αντλία κυκλοφορίας του μέσου ή κυκλοφορητής (βλ. Σχ2-1) ωθεί το θερμό νερό που παράγεται από την πηγή θερμότητας να κινηθεί προς όλη την εγκατάσταση και είναι παρόμοια με αυτές που χρησιμοποιούνται στα γνωστά συστήματα κεντρικής θέρμανσης. Δηλαδή χρησιμεύει για την κυκλοφορία του νερού στο κλειστό κύκλωμα εξασφαλίζοντας αφενός την αναγκαία παροχή και αφετέρου την κάλυψη των αντιστάσεων του δικτύου στο πιο δυσμενέστερο κύκλωμα. Τα κυριότερα χαρακτηριστικά του κυκλοφορητή όπως και των αντλιών είναι: 3 Η παροχή του ύδατος σε m ( h ), ή ( lit h ), ή ( gpm ) Το μανομετρικό ύψος Η σε ( mmσϒ ), ή ( ftσϒ ) Η ισχύς του ηλεκτροκινητήρα σε ( HP ), ή ( KW ) Η διάμετρος των άκρων συνδέσεως του με το δίκτυο σε ( mm ), ή ( in ) Σχήμα 2-1. Συνήθης μορφή ενός κυκλοφορητή. Η τοποθέτηση του κυκλοφορητή γίνεται στην προσαγωγή του κυκλώματος διότι η εγκατάσταση βρίσκεται σε υπερπίεση και έτσι αποκλείεται η αναρρόφηση αέρα από ενδεχόμενα σημεία μη στεγανά, όπως συνδέσεις, όργανα και λοιπά.
Κεφάλαιο 2 ο. Επιδαπέδιο Σύστημα Ακτινοβολίας. 6 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΚΥΚΛΟΦΟΡΗΤΗ. Ο υπολογισμός του κυκλοφορητή συνίσταται 3 βασικά στον προσδιορισμό της παροχής ( ) G m h και το μανομετρικό ύψος ( ) H m. Η παροχή του κυκλοφορητή με προσαύξηση 33% για να είναι δυνατή η λειτουργία του και σε Δ t = 15( C) υπολογίζεται από τον τύπο: QΠ G = 1.33 m h 1000 Δt 3 ( ) (2.1) όπου, Δt η θερμοκρασιακή διαφορά του νερού (εξόδου επιστροφής) στη θερμική πηγή σε C. Q Π η θερμική ισχύς της πηγής σε ( kcal h ). Για τον υπολογισμό του μανομετρικού ύψους του κυκλοφορητή υπολογίζονται: Η πτώση πίεσης ( H 1) στο δυσμενέστερο κλάδο του οριζόντιου επιδαπέδιου κυκλώματος. Η πτώση πίεσης ( H 2 ) στον κατακόρυφο κλάδο μέχρι το συλλέκτη του δυσμενέστερου επιδαπέδιου κυκλώματος, η οποία μπορεί να εκτιμηθεί κατά προσέγγιση στις συνήθεις περιπτώσεις 1 1.5( m). Η πτώση πίεσης ( H 3 ) στη θερμική πηγή. Η πτώση πίεσης ( H 4 ) στην τρίοδο ή τετράοδο βάνα, αν υπάρχει. Σχήμα 2-2. Χαρακτηριστικές καμπύλες κυκλοφορητών από την Grundfs. Το μανομετρικό ύψος Η του κυκλοφορητή λαμβάνεται ίσο προς το άθροισμα των παραπάνω πτώσεων πίεσης προσαυξημένο κατά ένα συντελεστή της τάξεως του 50%.
Κεφάλαιο 2 ο. Επιδαπέδιο Σύστημα Ακτινοβολίας. 7 ( ) H = 1.5 H + H + H + H (2.2) 1 2 3 4 Η επιλογή της αντλίας κυκλοφορίας του μέσου γίνεται από τις καμπύλες παροχής μανομετρικού (G H) των διαφόρων εργοστασίων (βλ. Σχ2-2). 2.1.3 ΔΙΑΝΟΜΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΣΤΟΥΣ ΣΥΛΛΕΚΤΕΣ Το θερμό νερό που εξέρχεται από τη θερμική πηγή μεταφέρεται στον καθένα θερμικό συλλέκτη μέσω χάλκινων, ή ατσάλινων ή πλαστικών σωλήνων και πρόκειται για κοινότυπο στοιχείο που απαντάται σε πολλές εγκαταστάσεις κεντρικής θέρμανσης, με μόνη διαφορά στο μέσο και το υλικό του. Σε κάθε σύνδεση διακρίνονται ο συλλέκτης προσαγωγής και ο συλλέκτης επιστροφής, οι οποίοι είναι τοποθετημένοι είτε παραπλεύρως ο ένας στον άλλο είτε σε κατακόρυφη διάταξη. Φέρουν ρακόρ για τη σύνδεση και προς το κεντρικό δίκτυο και προς την πλευρά των αναχωρήσεων και καθορίζονται από το πλήθος των κυκλωμάτων τα οποία εξυπηρετούν καθώς και από τη διατομή αυτών. 2.1.4 ΣΥΛΛΕΚΤΕΣ ΠΡΟΣΑΓΩΓΗΣ ΕΠΙΣΤΡΟΦΗΣ Τούτοι οι συλλέκτες ή αλλιώς κύριοι αγωγοί λαμβάνουν το θερμό νερό χαμηλής θερμοκρασίας από το σύστημα διανομής θερμότητας και το μοιράζουν στα γύρω επιδαπέδια κυκλώματα. Αυτά τα κυκλώματα είναι κατασκευασμένα συνήθως από απόψευδαργυροποιημένο χαλκό ή από επινικελωμένο χαλκό (βλ. Σχ2-3 & 2-4). Από την κάθε έξοδο των συλλεκτών αναχωρούν πλαστικοί σωλήνες οι οποίοι διατρέχουν όλο το δάπεδο σχηματίζοντας μια σπειροειδή διάταξη (βλ. Σχ2-3), ώστε να προσδώσουν την απαραίτητη θερμότητα στο χώρο. Αυτή η σπείρα αποτελεί ένα ξεχωριστά ελεγχόμενο κύκλωμα και μάλιστα όταν τα δωμάτια χώροι είναι αρκετά μεγάλα τότε απαιτούνται περισσότερα του ενός κυκλώματα. Το μήκος των συλλεκτών προσαγωγής επιστροφής εξαρτάται πάντοτε από τον αριθμό των σπειροειδών κυκλωμάτων που πρέπει να καλύψουν και στην αγορά διατίθενται συλλέκτες που μπορούν να σηκώσουν από δύο έως δώδεκα κυκλώματα, συνεπώς σε μεγάλες εφαρμογές γίνεται απλά χρήση περισσότερων συλλεκτών. Επιπλέον, ο αριθμός των συλλεκτών που θα χρησιμοποιηθούν εξαρτάται και από την ιδιομορφία του κτιρίου, δηλαδή μπορεί τα σπειροειδή κυκλώματα να καλύπτονται από ένα συλλέκτη, αλλά λόγω κτιριακής μορφολογίας να χρησιμοποιήσουμε περισσότερα.
Κεφάλαιο 2 ο. Επιδαπέδιο Σύστημα Ακτινοβολίας. 8 Σχήμα 2-3. Συλλέκτες επιδαπέδιας (μορφολογία 1). Σχήμα 2-4. Συλλέκτες επιδαπέδιας (μορφολογία 2).
Κεφάλαιο 2 ο. Επιδαπέδιο Σύστημα Ακτινοβολίας. 9 2.1.5 ΤΟ ΚΥΚΛΩΜΑ ΤΩΝ ΣΩΛΗΝΟΓΡΑΜΜΩΝ Με αυτόν τον όρο εννοούνται οι σωλήνες που χρησιμοποιούνται για να σχηματίσουν τη σπειροειδή διάταξη εντός του πατώματος και οι οποίες μεταφέρουν το χαμηλής θερμοκρασίας ζεστό νερό για τη θέρμανση του δαπέδου. Αυτές οι σωληνώσεις ως προς την αποδοτικότητα τους πρέπει να ακολουθούν τους κανονισμούς BS 7821 και DIN 4726. Ο κάθε βρόχος ή κύκλωμα σωληνώσεων πρέπει να απλώνεται με μια συνέχεια στο μήκος του (βλ. Σχ2-5), δηλαδή να μην υπάρχουν πουθενά σημεία σύνδεσης εντός του δαπέδου. Η εξισορόπηση αυτών των βρόχων επάνω στον κάθε συλλέκτη μπορεί να επιτευχθεί δίνοντας σε όλα τα κυκλώματα το ίδιο μήκος σωλήνας.
Κεφάλαιο 2 ο. Επιδαπέδιο Σύστημα Ακτινοβολίας. 10 Σχήμα 2-5. Τύποι κυκλώματα σωληνώσεων. Οι κύριοι τύποι σωλήνων που συνήθως χρησιμοποιούνται στην επιδαπέδια θέρμανση είναι οι ακόλουθοι: Το διασταυρούμενης σύνδεσης υψηλής πυκνότητας πολυαιθυλένιο (PE X). Το πολυβουτυλένιο (PB). Οι συνθετικές σωλήνες πολλαπλών στρώσεων μετάλλου πλαστικού. Ένα άλλο υλικό που έχει χρησιμοποιηθεί είναι το σαντοπρίνιο (santprene), το οποίο έχει ως βάση του το καουτσούκ και παράγεται στη μορφή τριών μικρής διαμέτρου αγωγών ενωμένων μεταξύ τους. Όμως, αυτή η σωλήνα δεν φέρει καθόλου οξυγόνο και συνεπώς δεν ικανοποιεί τα στάνταρτ που αναφέρθηκαν παραπάνω. 2.1.6 Η ΜΟΝΩΣΗ Αυτή εφαρμόζεται συνήθως κάτω από τις σωληνώσεις των κυκλωμάτων για να αποτρέψει την προς τα κάτω απώλεια θερμότητας, μεγιστοποιώντας κατά συνέπεια την παραγωγή θερμότητας εντός του δωμάτιου. Επίσης, είναι πολύ σημαντικό να παρασχεθεί μόνωση και στα άκρα γύρω από την περίμετρο της περιοχής όπου η επιδαπέδια θέρμανση είναι εγκατεστημένη, πράγμα που θα οδηγήσει στην αποφυγή της μεταφορά της θερμότητας προς την κάθετη δομή και μακριά από την περιοχή που επιζητείται να θερμανθεί και κατά κάποιο τρόπο επιτρέπει την επέκταση της πλάκας. Τα υλικά και τα συνιστώμενα πάχη ποικίλλουν μεταξύ των κατασκευαστών και των υπό σχεδίαση συστημάτων, αλλά θα μπορούσε να ειπωθεί ότι συνήθως χρησιμοποιούνται μονωτικά από πολυουρεθάνη, πολυστερίνη ή πολυισοκυανουρίνη πάχους 30 50( mm). Οι μηχανικές ιδιότητες της μόνωσης είναι επίσης σημαντικές για λόγους διαφορετικούς της θερμικής απόδοσης, δηλαδή πρέπει να είναι αρμόζον για το ενδοδαπέδιο σύστημα, και τη
Κεφάλαιο 2 ο. Επιδαπέδιο Σύστημα Ακτινοβολίας. 11 χρήση του κτηρίου, για αυτό και οι συμβουλές του αρχιτέκτονα ή του πολιτικού μηχανικού πρέπει να είναι επιδιωκόμενες κατά τη διάρκεια του σχεδιαστικού σταδίου. Από τα άνωθεν αναφερθέντα υλικά, η διογκωμένη πολυστερίνη ανήκει στην κατηγορία των σκληρών αφρωδών πλαστικών, παράγεται από μονομερές στυρένιο με πολυμερισμό και διακρίνεται σε πολυστερίνη με συγκολλημένους διογκωμένους κόκκους στυρολίου και ελασμένης πολυστερίνης. Αποτελείται από μεγάλο αριθμό κυψελίδων διογκωτικού αερίου καθώς η δομή της είναι πορώδης και επομένως μπορεί να απορροφήσει την υγρασία από το υλικό (πάτωμα) επάνω στο οποίο τοποθετείται. Αυτές οι κυψελίδες αερίου πρέπει να είναι τελείως σφραγισμένες για να αποφευχθεί η διείσδυση από οποιοδήποτε σύνδεσμο της μόνωσης και να περάσει από κάτω της. Επιπλέον, η τοποθέτηση των σωληνώσεων πρέπει να γίνει κατά τρόπο τέτοιο ώστε να μην πειραχτεί η ακεραιότητα της μόνωσης και άρα των κυψελίδων. 2.2 Ο ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΤΟΥ ΕΝΔΟΔΑΠΕΔΙΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ Ο λεπτομερής σχεδιασμός ενός συστήματος επιδαπέδιας θέρμανσης είναι γενικά πραγματοποιούμενος από τον ειδικό προμηθευτή /εγκαταστάτη, ο οποίος όμως συμβουλεύεται συχνά το εγχειρίδιο προδιαγραφών που έχει φτιάξει η ομάδα των σχεδιαστών μηχανικών. Σε αυτό το εγχειρίδιο, ο ειδικός/ εφαρμοστής μπορεί να βρει λεπτομερή σχέδια εγκαταστάσεων επιδαπέδιας θέρμανσης, όπως μεμονωμένα κυκλώματα σωληνώσεων, τη θέση των συλλεκτών προσαγωγής επιστροφής και όλον τον υπόλοιπο εξοπλισμό καθώς επίσης και τις θέσεις τοποθέτησης των θερμοστατών. Τα πρότυπα στάνταρτ που πρέπει να χρησιμοποιούνται για το σχεδιασμό και την εγκατάσταση ενός ενδοδαπέδιου συστήματος θέρμανσης είναι τα ακόλουθα: Το BS EN 1264-1: 1998 Ενδοδαπέδια θέρμανση Συστήματα και εξαρτήματα μέρος 1. Ορισμοί και σύμβολα. Το BS EN 1264-2: 1998 Ενδοδαπέδια θέρμανση Συστήματα και εξαρτήματα μέρος 2. Καθορισμός του θερμικού εξαγόμενου. Το BS EN 1264-3: 1998 Ενδοδαπέδια θέρμανση Συστήματα και εξαρτήματα μέρος 3. Διαστασιολόγηση. Το DIN 4725, μέρος 4: 1992 Ζεστό νερό επιδαπέδιων συστημάτων θέρμανσης, Σχεδιασμός και υλοποίηση. Το DIN 4725: 2001 - Ενδοδαπέδια θέρμανση Συστήματα και εξαρτήματα καθορισμός του θερμικού εξαγόμενου, καλύμματα σωληνώσεων μεγαλύτερα των 0.065( m ). Το BS EN 1264-4: 2001 Ενδοδαπέδια θέρμανση Συστήματα και εξαρτήματα μέρος 4. Τοποθέτηση. Οπουδήποτε είναι δυνατόν το προσωπικό επιθεώρησης πρέπει να προσπαθεί για να εξακριβώσει εάν ο σχεδιασμός έχει πραγματοποιηθεί σύμφωνα με τα παραπάνω πρότυπα, και επιπλέον ποιες άλλες σχεδιαστικές παράμετροι έχουν χρησιμοποιηθεί.
Κεφάλαιο 2 ο. Επιδαπέδιο Σύστημα Ακτινοβολίας. 12 2.2.1 ΤΥΠΙΚΕΣ ΤΟΠΟΘΕΤΗΣΕΙΣ Αν και η επιδαπέδια θέρμανση μπορεί να εγκατασταθεί σχεδόν με οποιαδήποτε μορφολογία, οι τρεις πιο κοινοί τύποι κατασκευών πατωμάτων είναι: 1. Το στέρεο πάτωμα (slid grund flr) 2. Το επιπλέον πάτωμα (flating flr) 3. Το αιωρούμενο πάτωμα (timber-intermediate flr) 2.2.1.1 ΤΟ ΣΤΕΡΕΟ ΠΑΤΩΜΑ (SOLID GROUND FLOOR) Αν και υπάρχουν διάφορες παραλλαγές που υιοθετούνται από διαφορετικούς κατασκευαστές για να ταιριάξουν τα υλικά και τα συστήματά τους στην εγκατάσταση της επιδαπέδιας θέρμανσης, η βασική φιλοσοφία είναι η ίδια για όλους τους τύπους των στερεών πατωμάτων. Ένα στρώμα μόνωσης τοποθετείται πάνω από τη τσιμεντένια πλάκα ώστε να παρέχει το βαθμό της μόνωσης που απαιτείται για την επαρκή απόδοση του θερμικού συστήματος, με τη μείωση των προς τα κάτω απωλειών θερμότητας. Ενεργεί επίσης ως ένα επιπλέον στρώμα επάνω στο οποίο εδράζονται οι σωληνώσεις (βλ. Σχ2-6). Εναλλακτικά, η δομική πλάκα, με τις σωληνώσεις του συστήματος θέρμανσης μέσα στην πλάκα, μπορούν να τοποθετηθούν άμεσα επάνω από τη μόνωση, μα αποτέλεσμα να απομακρύνεται η ανάγκη για το πλεονάζον κάλυμμα τσιμέντου, το οποίο οδηγεί το σχεδιαστή να υπολογίζει πόσο χρόνο προθέρμανσης χρειάζεται το σύστημα. Σχήμα 2-6. Τύπος στέρεου πατώματος (Slid Grund Flr). Έπειτα, οι σωληνώσεις της θέρμανσης τοποθετούνται στην επάνω επιφάνεια της μόνωσης και σταθεροποιούνται με διάφορες μεθόδους συμπεριλαμβανομένου των σταθερά εδραζόμενων ραγών ή των μεμονωμένων συνδετήρων. Μια τρίτη μέθοδος (βλ. Σχ2-7) είναι να στερεωθεί ο σωλήνας σε ένα πλέγμα χάλυβα που ενσωματώνεται μαζί με το μπετόν.
Κεφάλαιο 2 ο. Επιδαπέδιο Σύστημα Ακτινοβολίας. 13 Όλες αυτές οι μέθοδοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν χωριστά, ή σε οποιοδήποτε συνδυασμό για να εξυπηρετήσουν την κάθε εφαρμογή όπως απαιτείται. Σχήμα 2-7. Τύπος στέρεου πατώματος (Slid Grund Flr) με έδραση πλέγματος. Κατόπιν, ένα στρώμα τσιμέντου τοποθετείται επάνω από τις σωληνώσεις για να διαμορφώσει έτσι το μέσο μεταφοράς της θερμότητας στο χώρο, και για να ετοιμάσει το επίπεδο και να ενισχύσει το πάτωμα για το τελικό φινίρισμα που θα δώσει ο τάπητας, ή το μωσαϊκό ή η πέτρα. Για να είναι σωστή η χρήση του τσιμεντένιου πατώματος είναι ζωτικό να δοθεί σε αυτό ο απαραίτητος χρόνος για να στεγνώσει εξολοκλήρου, και ότι τούτος ο χρόνος διασφαλίζεται κατά τη διάρκεια της κατασκευής. Αποτυχία στην ολοκλήρωση του τσιμεντένιου πατώματος δύναται να συμβεί αν χαθεί ο έλεγχος της υγρασίας που πρέπει αυτό να περιέχει, οπότε και απαιτούνται ακριβές εργασίες αποκατάστασης του συστήματος. Με αυτόν τον τύπο δαπέδου, η μόνωση των ακρών είναι απαραίτητη για να αποφευχθούν οι τυχόν θερμογέφυρες με τη δομή, οι οποίες επιτρέπουν στη θερμότητα να κινηθεί μακριά από το πάτωμα μειώνοντας έτσι την αποδοτικότητα του συστήματος. 2.2.1.2 ΤΟ ΠΛΕΟΥΜΕΝΟ ΠΑΤΩΜΑ (FLOATING FLOOR) Οι εγκαταστάσεις πλεούμενων πατωμάτων επιτυγχάνονται με την τοποθέτηση προσχηματισμένου πάνελ υψηλής πυκνότητας από πολυστερίνη πάνω από την έτοιμη βάση, είτε του υπάρχοντος δαπέδου ή μιας νέας κατασκευής. Οι σωληνώσεις τοποθετούνται μέσα στο προσχηματισμένο προφίλ, με ή χωρίς μεταλλικές πλάκες διανομής θερμότητας για να διανέμεται η θερμότητα σε μια ευρύτερη περιοχή, και το τελικό στρώμα του πατώματος που μπορεί να είναι από ξύλο ή πλακάκι ή μωσαϊκό τοποθετείται στην κορυφή (βλ. Σχ2-8). Αν και τα τελικά τμήματα του πατώματος είναι κολλημένα μαζί, δε συνδέονται με τη μόνωση αλλά αφήνονται να επιπλέουν πάνω από αυτή και αν πρόκειται να χρησιμοποιηθεί τάπητας, αυτός μπορεί να απλωθεί επάνω από την τελική στρώση. Επίσης, υπάρχει μια εναλλακτική προσέγγιση στη χρήση των πάνελ προσχηματισμένης μόνωσης, βάση της οποίας στοχεύετε περισσότερο η χρησιμοποίηση της επιφάνειας του σωλήνα για μεταφορά θερμότητας. Έτσι, το περίγραμμα της μόνωσης αντικαθίσταται από μια επίπεδη θερμική επιφάνεια, και ένα στρώμα 25 χιλ. γεμάτου άμμου και τσιμέντου. Αυτή η ενέργεια παρέχει έναν υψηλό βαθμό θερμικής μάζας (όπως με μια στερεά κατασκευή πατωμάτων) και αυξάνει πολύ τα χαρακτηριστικά μεταφοράς θερμότητας
Κεφάλαιο 2 ο. Επιδαπέδιο Σύστημα Ακτινοβολίας. 14 του πατώματος. Εντούτοις, με αυτόν τον τύπο κατασκευής, το πρόσθετο βάρος της άμμου και του τσιμέντου πρέπει να ληφθεί υπόψη στο γενικό κατασκευαστικό σχεδιασμό. Σχήμα 2-8. Τύπος πλεούμενου πατώματος (Flating Flr). 2.2.1.3 ΤΟ ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΟ ΠΑΤΩΜΑ (TIMBER-INTERMEDIATE) Όπως και με την περίπτωση του στερεού πατώματος έτσι και για την κατασκευή του πατώματος με ενδιάμεσο σανίδι υπάρχουν αρκετοί τρόποι υλοποιήσεως ώστε να φτιαχτεί ένα ικανοποιητικό δάπεδο επιδαπέδιας θέρμανσης. Ένας μεγάλος αριθμός συστημάτων περιλαμβάνει την τοποθέτηση των σωληνώσεων ακριβώς επάνω από τη μόνωση, και μάλιστα κάνοντας χρήση μεταλλικών πλακών διασποράς για τη διανομή της θερμότητας σε ευρύτερη περιοχή του χώρου. Η μόνωση εγκαθίσταται κάτω από τις σωληνώσεις για να περιορίσει την προς τα κάτω ροή της θερμότητας. Σε άλλα συστήματα η τοποθέτηση των σωλήνων γίνεται πάνω από τα υποστηρίγματα του πατώματος (βλ. Σχ2-10) και ακριβώς κάτω από τα σανίδια του