Один из вариантов обустройства отопительной системы — монтаж водяного теплого пола, способного создать комфортный микроклимат в помещениях. Система напольного отопления может быть основной или служить дополнительным источником тепла. В любом случае необходимо осуществить предварительные теплотехнические и гидравлические расчеты, позволяющие разработать эффективную схему контуров теплого пола.
В статье мастер сантехник расскажет, как рассчитать мощность водяного теплого пола.
Что важно учитывать при проектировании теплого пола
По сравнению с традиционными радиаторными системами отопления, системы водяных теплых полов становятся всё более популярными, поскольку обладают рядом преимуществ и являются более энергоэффективными – тепло передается излучением от нагретой поверхности, практически отсутствуют конвективные потоки. Вертикальное распределение тепла от пола к потолку не позволяет перегреваться верхним областям помещения, что существенно снижает теплопотери через кровлю, верхние части стен и создаёт оптимально комфортные температурные условия для находящихся в помещении людей. Экономия от применения водяных теплых полов может достигать 10 – 30 %.
Это возможно, благодаря снижению средней температуры воздуха в помещении на 2°С и расходов на нагрев теплоносителя до температуры, не превышающей 30 – 45°С.
Для грамотного и максимально точного расчета понадобятся следующие сведения:
- Тип материалов, используемых при строительстве дома, эффективность теплоизоляции строения;
- Тип остекления — вид профиля и стеклопакета, количество оконных блоков;
- Климатические условия в регионе проживания;
- Наличие или отсутствие дополнительных вариантов обогрева;
- Точная площадь помещения, его высота;
- Требуемый температурный режим в помещении.
Тепло Q (Вт), которое вырабатывает 1 квадратный метр низконапорного водяного контура, составляет суммарный поток лучистой (≈ 4,9 Вт/м²) и конвективной (≈ 6,1 Вт/м²) энергии:
Схема №1:
- 1 — плита перекрытия;
- 2 — утеплитель (пенополистирол);
- 3 — стяжка (готовая сухая смесь или цементно-песчаный раствор);
- 4 — труба;
- 5 — компенсационная самоклеющаяся лента;
- 6 — арматурный каркас или сетка (крепление);
- 7 — подложка пол ламинат или слой клея под плитку;
- 8 — чистовое напольное покрытие;
- 9 — гидроизоляция;
- 10 — стена;
- а — шаг трубы (0,15 ÷0,3 м);
- b — отступ от несущей стены (0,3 м);
- с — толщина утеплителя (0,02÷0,1 м);
- f — толщина арматурной сетки (0,04 ÷ 0,1м);
- d — общая толщина стяжки (0,03 ÷0,07 м);
- r, Dy — толщина стенки и внутренний диаметр трубы;
- g — толщина стяжки над трубой (0,3 м);
- k — толщина подложки или слоя плиточного клея (0, 005 ÷0,01 м);
- h — толщина напольного покрытия (0,015 ÷ 0,025 м).
Q = [ αл×(tпола − tок) + αк×(tпола − tвоздуха) ]× S, (Вт)
Где:
- αл и αк — лучистый и конвективный потоки энергии, Вт/м²;
- tпола — температура напольного покрытия, °C;
- tок — температура стен и потолка, °C;
- tвоздуха — температура в помещении, °C;
- S — полезная площадь контура, м².
Схема №2:
- 1 — плита перекрытия;
- 2 — утеплитель (пенополистирол);
- 3 — стяжка (готовая сухая смесь или цементно-песчаный раствор);
- 4 — труба;
- 5 — компенсационная самоклеющаяся лента;
- 6 — арматурный каркас или сетка (крепление);
- 7 — подложка пол ламинат или слой клея под плитку;
- 8 — чистовое напольное покрытие;
- 9 — гидроизоляция;
- 10 — стена;
- а — шаг трубы (0,15 ÷0,3 м);
- b — отступ от несущей стены (0,3 м);
- с — толщина утеплителя (0,02÷0,1 м);
- f — толщина арматурной сетки (0,04 ÷ 0,1м);
- d — общая толщина стяжки (0,03 ÷0,07 м);
- r, Dy — толщина стенки и внутренний диаметр трубы;
- g — толщина стяжки над трубой (0,3 м);
- k — толщина подложки или слоя плиточного клея (0, 005 ÷0,01 м);
- h — толщина напольного покрытия (0,015 ÷ 0,025 м).
Расчет отопления теплых полов определяет теплопотребление жилого дома согласно нормативным документам о тепловой защите зданий и строительной теплотехнике:
Q = (αл + αк) × S ×(tпола − tвоздуха), (Вт);
tпола = Q/[(αл + αк) × S] + tвоздуха, (°C);
при S = 1м², tпола = Q/(αл + αк) + tвоздуха, (°C).
При нагреве температуры помещения на 1 градус, тепло от поверхности пола передается воздуху:
∆t = tпола − tвоздуха =1°C;
Q =(αл + αк) × S×∆t = (4,9 + 6,1) × 1× 1 = 11 (Вт).
Идеальные условия, при которых теплоотдача водяного контура на одном квадратном метре теплого пола, для нагрева воздуха в комнате на 1°C составляет 11 Вт/м². Чем выше температура в помещении, тем быстрее прогреется комната и меньше расход энергии теплоносителя. Система теплых полов предпочтительна для того, чтобы отапливать жилые утепленные дома, с постоянным проживанием. Среднее допустимое значение теплопотерь 65 Вт/м².
Температура теплоносителя
Важный параметр — температура у пола, которую выбирают в зависимости от назначения помещения. Рекомендуемые значения:
- +29 °C — жилые комнаты. Если в качестве напольного покрытия используется паркет или ламинат, температура не должна превышать +27 °C, для виниловой плитки верхний предел +29 °C.
- +33 °C — помещения с высокой влажностью (ванные комнаты, санузлы, бассейны).
- +35 °C — зоны холода у входных дверей, оконных проемов, наружных стен. Зонами повышенного обогрева считаются участки, расположенные по периметру комнаты в пределах 50 см от источников холода. Температуру повышают уменьшением шага между трубами.
Температура теплоносителя в контуре зависит от тепловой нагрузки, шага укладки, диаметра труб, толщины стяжки и материала напольного покрытия. Минимальные температурные значения в контуре принимают для паркетной доски и мелкоштучных изделий из дерева. Кафельная, метлахская, керамическая плитка, керамогранит, мрамор выдерживают максимально разрешенную температуру теплоносителя (55°C).
Теплопроводность напольных покрытий:
Основания теплого пола
Тип перекрытия влияет на материалы и выбор толщины слоев над и под трубой. Основа для теплых полов — цементные стяжки и настильные системы из полистирола или деревянных межтрубных досок. Алюминиевый профиль в реечных модулях служит как изоляция дерева от прямого контакта с нагревательным элементом и для крепежа труб.
Разводку труб контура на бетонных плитах перекрытия устраивают в теле бетонной стяжки. Объем материала и монтажные расчеты теплых полов определяют после предварительной разметки поверхности (гидравлическим или лазерным уровнем). План раскладки выполняют на бумаге (масштаб 1:50). От точности, с которой проводится вычисление, зависит расход материала и скорость выполнения работ.
Очищенную и обработанную полимерной грунтовкой поверхность, заблаговременно выравнивают, по грунтам и первым этажам делают гидроизоляцию. Оклеивают стены по периметру демпферной лентой на высоту, которая уйдет под стяжку (с небольшим запасом). Теплоизоляционный материал с фольгированным основанием экранирует удельный тепловой поток вверх в заданном направлении. Теплопотеря через фольгу не превышает 5%.
Арматуру укладывают поверх утеплителя, каркас придает жесткость стяжке и позволяет достигнуть правильной фиксации шага. Трубный контур выкладывают, крепят, испытывают контур под давлением и заливают раствором стяжки.
Облегченные модульные системы применяют для деревянных конструкций (черновой пол или лаги), которые не обладают способностью к высоким статическим нагрузкам.
Расчеты длины, диаметра, шага и способы укладки и трубы
Для обустройства системы теплого пола используют различные виды труб. Наиболее популярные варианты — металлопластиковые трубы и изделия из сшитого полиэтилена.
Ограниченная длина низконапорного отопительного контура связана эффектом «замкнутой петли», при котором потеря давления превышает 20 кПа (0,2 бара). Увеличение мощности насоса, в данном случае не выход — сопротивление будет возрастать пропорционально увеличению давления.
Где:L = (S/a×1,1) + 2c, (м)
- L — длина контура, м;
- S — площадь, контура, м²;
- a — шаг укладки, м;
- 1,1 — увеличение размера шага на изгиб (запас);
- 2c — длина подводящих труб от коллектора до контура, м.
Обратите внимание! Полезная площадь помещения учитывает площадь контура с добавлением половины шага трубы.
Обогревательный контур прокладывают, отступив 0,3 м от стен. Учитывают открытую площадь пола, которая передает равномерный поток излучения. Специалисты не рекомендуют монтировать отопительный контур в местах расстановки мебели. Длительная статическая нагрузка может стать причиной деформации труб.
При большой площади помещения отопительный контур разбивают на сектора. Основные правила зонирования — соотношение длин сторон 1/2, обогрев площади одного сектора не более 30 м² и соблюдение одинаковых длины и диаметра для цепей одного коллектора.
Соотношение длин и диаметров труб контура:
Диаметр и шаг трубной раскладки зависит от тепловой нагрузки, назначения, размера и геометрии комнаты. Зона распространения тепла пропорциональна радиусу трубы. Труба обогревает участок пола в каждую сторону от центра трубы. Сбалансированный шаг труб: Dy 16 мм — 0,16 м; 20 мм — 0,2 м; 26 мм — 0,26 м; 32 мм — 0,32 м.
В паспортных данных изделий указывают максимальную пропускную способность труб, на основании которой вычисляют линейное изменение давления. Оптимальное значение скорости теплоносителя в трубах водяного отопления 0,15 ÷ 1 м/с.
Зависимость шага от площади и нагрузки сектора:
Варианты укладки труб: простые, угловые или двойные петли (змейки), спирали (улитки). Для узких коридоров и помещений неправильной формы используют укладку змейкой. Большие площади разбивают на сектора. Допускается комбинированная укладка: в краевой зоне труба выкладывается змейкой, в основной части — улиткой.
По периметру, ближе к наружной стене и возле оконных проемов, проходит подача контура. Шаг укладки в краевых зонах может быть меньше расстояний между трубами в центральной части комнаты. Подключение усилений краевой зоны необходимо для повышения мощности теплового потока.
Обратите внимание! Загиб труб на 90° в спиральной схеме подключения водяного теплого пола, снижает гидравлическое сопротивление меньше, в сравнении с укладкой петлями (змейкой).
Насосное оборудование в расчетах теплого пола
Регулирование температуры теплоносителя происходит за счет эффективной работы циркуляционных насосов.
Сила, которую циркуляционный насос придает потоку, расходуется на преодоление линейных и местных сопротивлений. Расчет насоса для теплых полов зависит от диаметра, шероховатости трубы, фитингов и длины контура.
Основной параметр расчета — производительность насоса в низконапорном контуре:
Где:Н = (П×L + ΣК)/1000, (м)
- Н — напор циркуляционного насоса, м;
- П — гидравлическая потеря на погонном метре длины (паспортные данные от производителя), паскаль/метр;
- L — максимальная протяженность труб в контуре, м;
- K — коэффициент запаса мощности на местные сопротивления.
Где:К = К1 + К2 +К3
- К1 — сопротивление на переходниках и тройниках, соединениях (1,2);
- К2 — сопротивление на запорной арматуре (1,2);
- К3 — сопротивление на смесительном узле в системе отопления (1,3).
Степень производительности, которой обладает циркуляционный насос, определяют по формуле:
Где:G= Q/(1,16 ×∆t), (м³/час)
- Q — тепловая нагрузка отопительного контура (Вт);
- 1,16 — удельная теплоемкость воды (Втч/кгС);
- ∆t — теплосъем в системе (для низконапорных контуров 5 ÷ 10°С).
Зависимость мощности агрегата от площади отапливаемых помещений (для гидравлического расчета теплого пола):
Обратите внимание! Мощность агрегата состоит из суммы расходов всех контуров. На случай аномальных холодов необходимо предусмотреть запас производительности насоса 15 ÷ 20%.
В продолжение темы посмотрите также наш обзор Как сделать тепловой расчёт системы отопления — формулы, справочные данные и конкретный пример