Tutkimus lämmönluovutuslevyjen merkityksestä puisissa välipohjarakenteissa

Abstract

Tutkimuksen oli tarkoitus mallintaa lattialämmityksessä käytettävien lämmönluovutus-/lämmöntasauslevyjen toiminta matemaattisesti keskimääräisen pintalämpötilan ja lämmönluovutustehon avulla. Opinnäytetyössä esitettyjen laskujen tulokset vahvistettiin kuvaamalla tutkimusta varten rakennettujen välipohjamallien pintalämpötiloja. Pintalämpötilat kuvattiin lämpökameralla.

Mallinnukseen ja vertailuun käytettiin 20 x 2mm putkelle tarkoitettuja alumiinisia lämmönluovutuslevyjä sekä 16 x 2mm putkelle tarkoitettuja sinkittyjä ja alumiinisia levyjä. Laskut vahvistettiin rakentamalla kaksi puista välipohjamallia. Toisen välipohjamallin lattialämmityspiirissä on käytetty 16 x 2mm putkea ja toisessa 20 x 2mm putkea. Välipohjamallien avulla toteutettiin neljä eri testiä LVI-laboratoriossa. Mittaustulosten perusteella jokaiselle testille on laskettu erikseen keskimääräinen pintalämpötila. Mittauksien aikana suoritettiin kuitenkin vielä yksi ylimääräinen testi 20 x 2mm putkelle tarkoitetussa mallissa ilman lämmönluovutuslevyjä. Ylimääräinen testi kertoo lämmönluovutuslevyjen vaikutuksen keskimääräiseen pintalämpötilaan.

Laskujen ja mittauksien perusteella lämmönluovutuslevyjen merkitys on oleellinen puisissa välipohjarakenteissa. Lämmönluovutuslevyt tasaavat lattialämmitysputkista saadun lämmönluovutustehon tasaisesti lattiapinnalle. Ilman levyjä toteutettavassa mallissa jouduttaisiin käyttämään suurempaa menoveden lämpötilaa ja lämpimän tuntu olisi myös epätasaista. 20 x 2mm putkella toteutetusta ratkaisusta saadaan suurempi lämmönluovutusteho, mutta 16 x 2 mm putkella toteutetusta järjestelmästä saadaan riittävä lämmönluovutusteho normaaliin omakotitalo kohteeseen. Testien toteutuksen aikana lämpötila jakaantui tasaisesti pinnoille. Mittauksien perusteella ei ole väliä, käyttääkö alumiinisia vai sinkittyjä levyjä.

Tämä opinnäytetyö antaa tietoa kaikille, jotka ovat kiinnostuneita lämmönluovutuslevyjen toiminnasta lattialämmityksessä. Jos joku tutkii levyjen lämpöteknistä käyttäytymistä lisää, suosittelen käyttävän mallintamiseen 2D-tietokonemallinnusohjelmaa.

This bachelor’s thesis aimed to model under floor heating with metal panels by calculating heat losses and mean surface temperatures. Calculations were verified by measuring the surface temperatures from simulation models which were build for this thesis. Measurements were made by using a heat camera.

Aluminium metal panels for 20 x 2mm and 16 x 2mm pipes and zink metal panels for 16 x 2mm pipes were used for calculations and later to modelling in this thesis. For modelling two wooden intermediate floors were built to confirm the calculations. One of the models was built for 20 x 2mm under floor heating pipes and the other one is built for 16 x 2mm under floor heating pipes. Using the floor models, three different tests were made in HVAC laboratory in Mikkeli university of applied sciences by using a heat camera to measure surface temperatures from the models. With the results of the measurements it was possible to calculate the mean surface temperatures for every test. One extra test was made by using 20 x 2mm pipes without metal panels to show the effect of the heating panels in wooden floors to surface temperatures.

The calculations and tests in this thesis confirmed the necessary of the heating panels in wooden floors. The heating panels transport the heat energy from the under floor heating pipes evenly to the floor surface. If the under floor heating circuit in wooden floors is executed without heating panels the rise of the temperature of the circulating water would be necessary to fulfill the needed floor surface temperature. This would lead to uneven surface temperature because the floor temperature above the pipes would be much higher than the temperature between the pipes. The heat loss by using the 20 x 2mm pipes is higher than 16 x 2mm pipes but the heat loss with the smaller pipe is enough to fulfill the heating demands of normal detached houses. During the tests the heat divided evenly to the surfaces. Based on the results the difference between aluminium and sink panels is insignificant.

This bachelor thesis gives information about heating panels in under floor heating for those who are interested about the function of the heating panels. If someone wants to do more research for the thermal behaviour of the heating panels I recommend to use computer modelling to study the two dimensional thermal behaviour.