Lattiaviilennys: jäähdytysteholaskuri ja suunnitteluohje
Alatyppö, Kalle (2025)
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2025051210886
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2025051210886
Tiivistelmä
Tämän produktiivisen opinnäytetyön tarkoituksena oli kehittää Excel-pohjainen teholaskuri lattiaviilennykselle sekä tuottaa suunnitteluohje lattiaviilennysjärjestelmän suunnitteluun. Lattiaviilennyksen tehon laskentaan on olemassa useita eri menetelmiä. Näitä ovat esimerkiksi yksinkertaistetut kaavat sekä analyyttiset- ja numeeriset menetelmät. Lattiaviilennyksen suunnitteluohjeita on olemassa eri LVI-alan toimijoiden ja esimerkiksi LVI-järjestö Rehvan tuottamina.
Tässä työssä laskentamenetelmänä käytettiin FEM-laskentaa (Finite Element Method) ja FEM-laskennan tulosten interpolointia. Standardin SFS EN-ISO 11855-2:2021/A1:2023 lattiarakenteesta I mallinnettiin Gmsh-ohjelmalla satoja eri versioita, joissa jokaisessa on eri tehoon vaikuttavien ominaisuuksien kokoelma. Näihin mallinnettuihin lattiarakennekombinaatioihin laskettiin lämpötilajakauma DOLFINx-ohjelmiston avulla (FEM-laskenta), jonka jälkeen laskennan tulokset siirrettiin Exceliin. Laskennan tuloksista muodostettiin interpolaatiofunktiot, jotka ottavat huomioon: lattiarakenteen kerrosten paksuudet, jäähdytysputkien asennusvälin ja -korkeuden sekä eristeen ja pintamateriaalin lämmöneristävyyden. Suunnitteluohjeen kehittämiseen käytettiin pääasiassa Rehvan suunnitteluohjetta. Yksityiskohtia ohjeeseen otettiin eri laitevalmistajien suunnitteluoppaista.
Kehitystyön päätuloksena tuli Excel-pohjainen lattiaviilennysjärjestelmän jäähdytysteholaskuri, jolla voidaan laskea aiemmin mainitun lattiarakenteen teho, kun lattiarakenne toimii rakennuksen välipohjana. Laskuri ottaa huomioon tilan kastepistelämpötilan asettamalla menoveden lämpötilalle vähimmäislämpötilan. Laskurilla voidaan laskea jäähdytysteho PEX- ja PE-RT-putkilla, joille jokaiselle luotiin omat interpolaatiofunktiot. Toisena tuloksena tuli lattiaviilennyksen suunnitteluohje, jossa on runko, jota seuraamalla voidaan suunnitella lämpöolosuhdekriteerit täyttävä lattiaviilennysjärjestelmä.
Etukäteen mallinnettujen lattiarakenteiden käyttäminen lattiaviilennysjärjestelmän tehon laskennassa aiheuttaa paikoittain suuriakin virheitä. Parempana laskentatapana olisi käyttää ohjelmistoa, jossa mallinnetaan tarkasteltava lattiarakenne siinä vaiheessa, kun se on tiedossa. Tällöin saataisiin täsmälleen oikea rakenne ja sen ominaisuudet, jolloin laskennan tuloksia ei tarvitsisi interpoloida. Lattiaviilennyksen suunnitteluohjeesta tuli hyvin yksinkertainen sen pienen prioriteetin takia. Ohje on kuitenkin puolueeton, joten se pätee yleisemmin, kuin jonkin LVI-toimijan tuottama ohjeistus, jossa käytetään toimijan omia tuotteita ja/tai järjestelmiä.
Tässä työssä laskentamenetelmänä käytettiin FEM-laskentaa (Finite Element Method) ja FEM-laskennan tulosten interpolointia. Standardin SFS EN-ISO 11855-2:2021/A1:2023 lattiarakenteesta I mallinnettiin Gmsh-ohjelmalla satoja eri versioita, joissa jokaisessa on eri tehoon vaikuttavien ominaisuuksien kokoelma. Näihin mallinnettuihin lattiarakennekombinaatioihin laskettiin lämpötilajakauma DOLFINx-ohjelmiston avulla (FEM-laskenta), jonka jälkeen laskennan tulokset siirrettiin Exceliin. Laskennan tuloksista muodostettiin interpolaatiofunktiot, jotka ottavat huomioon: lattiarakenteen kerrosten paksuudet, jäähdytysputkien asennusvälin ja -korkeuden sekä eristeen ja pintamateriaalin lämmöneristävyyden. Suunnitteluohjeen kehittämiseen käytettiin pääasiassa Rehvan suunnitteluohjetta. Yksityiskohtia ohjeeseen otettiin eri laitevalmistajien suunnitteluoppaista.
Kehitystyön päätuloksena tuli Excel-pohjainen lattiaviilennysjärjestelmän jäähdytysteholaskuri, jolla voidaan laskea aiemmin mainitun lattiarakenteen teho, kun lattiarakenne toimii rakennuksen välipohjana. Laskuri ottaa huomioon tilan kastepistelämpötilan asettamalla menoveden lämpötilalle vähimmäislämpötilan. Laskurilla voidaan laskea jäähdytysteho PEX- ja PE-RT-putkilla, joille jokaiselle luotiin omat interpolaatiofunktiot. Toisena tuloksena tuli lattiaviilennyksen suunnitteluohje, jossa on runko, jota seuraamalla voidaan suunnitella lämpöolosuhdekriteerit täyttävä lattiaviilennysjärjestelmä.
Etukäteen mallinnettujen lattiarakenteiden käyttäminen lattiaviilennysjärjestelmän tehon laskennassa aiheuttaa paikoittain suuriakin virheitä. Parempana laskentatapana olisi käyttää ohjelmistoa, jossa mallinnetaan tarkasteltava lattiarakenne siinä vaiheessa, kun se on tiedossa. Tällöin saataisiin täsmälleen oikea rakenne ja sen ominaisuudet, jolloin laskennan tuloksia ei tarvitsisi interpoloida. Lattiaviilennyksen suunnitteluohjeesta tuli hyvin yksinkertainen sen pienen prioriteetin takia. Ohje on kuitenkin puolueeton, joten se pätee yleisemmin, kuin jonkin LVI-toimijan tuottama ohjeistus, jossa käytetään toimijan omia tuotteita ja/tai järjestelmiä.