UMEÅ UNIVERSITET PROJEKTRAPPORT 2010-05-10 Prototypundersökning av golvvärme i gipsgolv Av: Holmgren Per, Civilingenjörsprogrammet i energiteknik, henper02@student.umu.se Burman Simon, Civilingenjörsprogrammet i energiteknik, simon.burman@gmail.com Güthlein Gustav, Civilingenjörsprogrammet i energiteknik, gguthlein@gmail.com Handledare: Kirill Makarov, Thermotech, kirill@thermotech.se
Innehållsförteckning Inledning............ 3 Metod och material............ 4 Material............ 4 Byggandet av prototyp......... 5 Mätmetod............ 8 Resultat............ 10 Prototyp med laminatgolv......... 10 Prototyp med klinker......... 14 Kommentarer och slutsatser......... 15 2
Inledning Två vanliga lösningar på vattenburen golvvärme i Sverige är att ha golvvärmerören installerade i betong eller aluminiumplåtar. I Finland däremot, är en vanlig lösning att använda gipsskivor vid konstruktionen av golv. Denna golvvärmellösning önskar Thermotech undersöka och utvärdera. Denna rapport omfattar byggandet av en gipsgolvsprototyp. I rapporten är resultaten från utförda temperaturmätningar sammanställda. Rapporten innehåller även en kort diskussion angående erhållna resultat samt de problem som stötts på under framförandet av prototypen. Temperaturmätningarna utfördes först med en golvbeläggning av laminat och därefter med klinker på golvet. 3
Metod och material Material Skruv Skruvclips (Gelia 10-14 mm) 3 st 600 x 800 mm Gyproc GG13 gipsskivor 3 meter golvvärmeslang för vattenbaserad golvvärme med diametern 12 mm 2700 mm golvregel 45*70 (mm) Kakellim (Maxi Serpo 620) Höganäs Golvspackel FB6000 Klinkergolv Laminatgolv Isolering (45 mm tjock gullfiber) Värmekamera NEC TH7800 Termometer (303K Thermometer) med typ-k-givare (NiCr-NiAl) 4
Byggandet av prototyp En ram som golvprototypen skall vila på framställdes först. Denna består av 4 stycken golvreglar hopsatta med 8 stycken skruvar, 2 i varje hörn. Detta illustreras i Figur 1. Yttermåtten för denna ram är 44x68 mm. I ramen lades gullfiber som isolering. Denna isolering låg vid mätningarna tätt mot undersidan av gipsgolvet. Figur 1: Ramen som golvet skall vila på Figur 2 visar den första gipsskivan som vilar på ramen. Figur 2: Botten till prototypen vilande på den tidigare framställda ramen 5
Efter detta konstruerades det lager som innehåller värmeslingan. Detta gjordes med samma sorts gipsskiva som tidigare. Denna limmades fast i det underliggande lagret med Maxit Serpo 620 som är ett kakellim ( Elastisk fästmassa ). I detta lager drogs sedan värmeslingan vilket illustreras i figur 3. Värmeslingan fästes med skruvclips (Gelia 10-14 mm), och utrymmet kring värmeslingan fylldes därefter ut med Höganäs golvspackel FB6000 ( Fiberarmerat golvspackel för inspackling av värmekablar ) vilket visas i figur 4. Figur 3: Illustration av det mellersta lagret innehållandes värmeslinga. Figur 4: Utrymmet mellan värmeslingan och gipsplattorna fylldes med golvspackel 6
Golvspacklet slipades därefter ned något. Eftersom clipsen var lite högre än gipsskivan kunde inte spacklet slipas till samma nivå som gipset. Dessutom var golvspacklet väldigt hårt och svårt att slipa ner. Därför behövdes två lager med det ovan nämnda kakellimmet, innan den sista gipsskivan kunde läggas på. Det första lagret fungerade som avjämning och fick torka, vilket visas i figur 5. När detta lager var torrt applicerades lager två och gipsskivan kunde därefter läggas på. Figur 6 visar prototypen efter detta. Figur 5: Figuren visar golvet efter att det första lagret kakellim applicerats Figur 6: Färdig golvprototyp utan golvbeläggning På denna prototyp tejpades ett laminatgolv fast och mätningar på prototypen utfördes. När all mätdata var insamlad togs laminatgolvet bort och klinkers limmades fast på golvytan, med likadant kakellim som tidigare (Maxit Serpo 620). 7
Mätmetod Mätningarna utfördes i en av Umeå Universitets laborationssalar. Genom att koppla in golvet i en befintlig laborationsuppställning kunde vattentemperaturen justeras med en vattenkran. Vattenkranen hade extra ventiler som gjorde att temperatur kunde ställas in relativt noggrant (±1 C). På laborationsutrustningen fanns termometrar som användes för att kontrollera temperaturen på golvets in- och utflöde. Vattenflödet valdes tillräckligt högt så att temperaturen på in- och utflödet var densamma (ca 300-400 l/h). Figur 7 visar den laborationsutrustning som användes. Termometrarna längst till vänster i bild användes för att kontrollera temperaturen på in- och utflödet. Figur 7: Bild över laborationsutrustningen Vid temperaturmätningarna användes både en termometer med typ-k-givare och en värmekamera. Värmekameran fanns ej tillgänglig då mätningarna på klinkergolvet skulle utföras. Där användes därför endast termometern. Värmekamerabilderna togs när fortvarighetstillstånd uppnåtts, dvs då temperaturerna vid mätpunkterna var konstanta. Värmefotografierna togs av Olofsson Termokonsult. För båda golvbeläggningarna utfördes fyra försök, med fyra olika vattentemperaturer i intervallet 25 C - 40 C. Figur 8 visar både en värmekamerabild och en vanlig bild på golvet. För alla bilder gäller att vattnet går in i golvet från vänster och ut från golvet till höger. I figuren kan även noteras att de två temperaturgivarna som ligger ovanpå golvet visas på termobilden. Figur 8: Termobild och visuell bild över experimentuppställ ningen 8
Figur 9 visar experimentuppställningen för mätningarna på klinkergolvet. Mätpunkter och golvvärmerörets dragning är utmarkerade i bild. Observera dock att markeringen på golvvärmeröret är uppskattad. Figur 9: Experimentuppställn ingen för mätningarna på klinkergolvet 9
Resultat Prototyp med laminatgolv Figur 10 visar värmefördelningen i golvet med en vattentemperatur på 40 C och en omgivande temperatur på 21,2 C. Grafen nedanför termobilden visar värmefördelningen längs den horisontala linjen genom punkten b. Skalan är 1 C per linje. Temperaturskillnad mellan den högsta och lägsta temperaturen längs linjen var ca 4,5 C. Figur 10: Försök 1 med vattentemperatur på 40 C 10
Figur 11 visar värmefördelningen i golvet med en vattentemperatur på 35 C och en omgivande temperatur på 21,2 C. Grafen nedanför termobilden visar värmefördelningen längs den horisontala linjen genom punkten a. Skalan är 1 C per linje. Temperaturskillnad mellan den högsta och lägsta temperaturen längs linjen var ca 3 C. Figur 11: Försök 2 med vattentemperatur på 35 C 11
Figur 12 visar värmefördelningen i golvet med en vattentemperatur på 30 C och en omgivande temperatur på 22,0 C. Grafen nedanför termobilden visar värmefördelningen längs den horisontala linjen genom punkten a. Skalan är 0,5 C per linje. Temperaturskillnad mellan den högsta och lägsta temperaturen längs linjen var ca 2,5 C. Observera att temperaturskalan i figuren inte är densamma som vid tidigare försök. Figur 12: Försök 3 med vattentemperatur på 30 C. Observera annan temperaturskala 12
Figur 13 visar värmefördelningen i golvet med en vattentemperatur på 25 C och en omgivande temperatur på 20,9 C. Grafen nedanför termobilden visar värmefördelningen längs den horisontala linjen genom punkten a. Skalan är 0,25 C per linje. Temperaturskillnad mellan den högsta och lägsta temperaturen längs linjen var ca 1 C. Observera att temperaturskalan i figuren inte är densamma som vid något tidigare försök. Figur 13: Försök 4 med vattentemperatur på 25 C. Observera annan temperaturskala 13
Prototyp med klinker Nedan följer insamlat mätdata för mätningarna gjorda på klinkergolvet. Figur 14 visar mätpunkternas position. Figur 14: Bild över mätpunkternas position Tabell 1 visar erhållna värden från mätpunkterna (T1-T6), för alla aktuella vattentemperaturer. ΔT är temperaturskillnaden mellan högsta och lägsta uppmätta värde. T Vatten T Omgivning T1 T2 T3 T4 T5 T6 ΔT 40 20,5 30,7 29,95 28,15 26,7 27,7 30,4 4,0 35 20,3 28,0 27,5 26,4 25,5 26,0 28,1 2,6 30 20,3 26,0 25,8 24,8 23,9 24,4 25,8 2,1 25 20,3 23,5 23,4 23,0 22,8 22,9 23,3 0,7 I figur 15 visas temperaturprofilen för alla olika vattentemperaturer. Temperaturprofil (T2-T6) 32 30 Golvtemperatur 28 26 24 40 C 35 C 30 C 25 C 22 T2 T3 T4 T5 T6 Mätpunkt Figur 15: Grafen visar erhållna mätdata för respektive vattentemperatur 14
Kommentarer och slutsatser Vid konstruktionen av gipsgolvet uppkom en del svårigheter. De skruvclips som användes var uppskattningsvis en millimeter för tjocka, vilket gjorde att dessa stack upp ovan golvets mellanlager. Detta problem löstes genom att lägga på två lager med kakellim. En alternativ lösning skulle vara att istället använda sig av tunna clips i exempelvis metall. En ytterligare observation som gjordes var att golvspacklet blir mycket hårt efter härdning. Som nämnts tidigare i rapporten medförde detta en viss svårighet vid slipningen av golvet. Dessa problem torde dock kunna lösas genom att använda tunnare clips och för ändamålet anpassade slipmaskiner, alternativt genom att använda ett tjockare mellanlager. I övrigt var golvet enkelt att konstruera. Vi tror att de dubbla lagren kakellim inte inverkade nämnvärt på erhållna mätresultat. En förbättring av byggnadsutförandet skulle kanske ge en något bättre värmeledning än vad vårat resultat visar. Temperaturerna utfördes när fortvarighet i golvet antogs vara uppnådd. Det tog ca 4-6 h beroende på vald vattentemperatur. Det är möjligt att fortvarighet endast nästan uppnåtts vid någon eller några mätningar. Om så varit fallet skulle detta ha gett en uppmätt temperaturskillnad som är högre än om fortvarighet verkligen varit uppnådd. Lokalen där mätningarna genomfördes var öppen för andra studenter på universitetet. Detta medförde en viss höjning av den omgivande temperaturen de tidpunkter då mer folk nyttjade lokalen. Vid mätningarna av klinkergolvet hade det, för en bättre utplacering av mätpunkterna, varit önskvärt att veta värmeslingans exakta position under golvbeläggningen. Eftersom golvvärmeröret, med en ytterdiameter på 12 mm, ligger i en kanal med 30 mm bredd (se figur 3), kan en viss förskjutning av röret ha skett. Ett laminatgolv har vanligen en stegljuddämpare under golvbeläggningen exempelvis en plastmatta med en tjocklek på ca 2 mm. Våra mätningar genomfördes utan en sådan matta. Således kan vi inte dra några slutsatser på vilken inverkan stegljuddämpare har på golvets värmefördelning. 15