Расчет водяного теплого пола

Внешне теплый пол кажется довольно простой конструкцией, но тем не менее, без правильного расчета собрать ее нельзя. Во время вычислений станет ясно, какое количество теплоносителя потребуется и сколько нужно труб. Разберемся, как рассчитать теплый водяной пол и что для этого требуется знать.

Расчет труб

Практика показывает, что предельная длина рукава, требуемая для формирования линий теплого пола не должна быть больше 110 — 120 п.м.

Количество материала напрямую связано с тем, какой способ сборки будет использован при монтаже отопительной системы.

В комнатах с большой площадью, которые обладают квадратной или прямоугольной формой, имеет смысл применять такой метод укладки, как «улитка». Он обеспечит равномерный нагрев, в комнате станет тепло и комфортно. Если помещение отличается большой длиной, то допустимо применять «змейку».

Для того, чтобы жилец не чувствовал разницы между зонами напольного покрытия, требуется укладывать трубы с определенным расстоянием между ними. У границы помещения она может составлять 100 мм. Далее расстояние можно увеличивать с шагом в 50 мм. Но следует учесть, что дистанция между трубами не должна быть более, чем 300 мм. Иначе по такому покрытию будет неприятно ходить.

Для того, чтобы узнать, как рассчитать водяной теплый пол, не нужны какие-то схемы или таблицы, все довольно просто.

Теоретически на один кв. м пола требуется уложить 5 п.м. трубы. Такой метод подсчета можно отнести к самому простому. При этом алгоритме шаг принимают до 200 мм. Размер сечения рукава трубы можно определить, используя следующее выражение L = S / N * 1,1 – в ней учтены S – площадь помещения, N – шаг между рукавами, 1,1 — резерв рукава для выполнения изгибов. Разберем простой пример.

• Площадь комнаты 15 кв.м.
• Дистанция между распределителем (коллектором) и полом — 4 м.
• Дистанция между рукавами 150 мм.

В итоге 15 / 0,15 * 1,1 + (4 * 2) = 118 м.

Подсчитывая размер трубопровода, надо учитывать параметры рукава и сырья, из которого они произведены. Для рукавов из металлопластика и размером 16 мм, предельная длина контура не более 100 п.м. Некоторые мастера полагают, что разумная длина лежит в интервале 75 — 80.

Трубы из сшитого полиэтилена, применяемые для формирования отопительного комплекса, и с размером сечения 18 мм, должны иметь длину не более 120 п. м.

Подбор материала выполняют, учитывая площадь комнаты. Необходимо помнить о том, что качество изготовления влияет на продолжительность эксплуатации. Как показывает многолетний опыт монтажа отопительного комплекса, оптимальным решением будет применение металлопластика.

Расчет мощности

Перед началом расчета характеристик водяного теплого пола, требуется подготовить схему комнаты. Для этого рисуют на бумаге с миллиметровой разметкой в масштабе 500 мм в 1 см. На плане надо указать размещение проемов и их размеров.

На следующем необходимо просчитать шаг размещения труб и их диаметры. Для этого приема следующие условия – предельная поверхность обогрева не может быть больше 20 кв. м. Если площадь комнаты превышает указанные параметры, то необходимо монтировать два тепловых контура. При этом требуется помнить что, в одном контуре не может быть уложено более 100 п. м. Каждый из них должен быть подключен к отдельному отводу.

Пример плана укладки теплого пола.

В ходе выполнения расчета такой системы отопления требуется учесть основные тепловые потери. Как правило “мостики холода”, то есть места, где тепло покидает помещение, расположены рядом с окнами и дверьми. А значит, расстояние от трубопровода до стены не должно быть более 250 мм.

Один элемент контура может располагаться не дальше, чем 500 мм. Это определяется диаметром трубы. Для расчета количества труб требуется замерить их длину и увеличить на коэффициент. К полученным данным имеет смысл добавить 2 метра, необходимые для подведения контура к стояку.

Чтобы рассчитать количество рукавов, надо замерить их длину и результат умножить на индекс, позволяющий преобразить чертежные размеры в фактические. К полученному итогу добавляется 2 м, которые нужны для подведения к стояку.

На втором этапе можно подсчитать объем подложки. Для этого надо вычислить площадь обогреваемого помещения, т. е. перемножить длину на ширину.

В случае сложной конфигурации основания, можно получить неточные итоги. Для расчета надо будет разбить помещение на квадраты и после этого приниматься за вычисления.

Расчет всех нужных параметров для выполнения монтажа нельзя назвать сложным. Однако несведущему человеку лучше не испытывать судьбу и тщательно выполнять все требования руководства по эксплуатации, поставляемому к каждому набору.

Но если исходя из площади пола в комнате, вы захотите сменить шаг, чтобы достигнуть чуть лучшего температурного режима, то этого будет мало. Имеется настройка параметров, которые отвечают за оптимальный микроклимат.

Расчет теплопотерь

После определения этой характеристики можно будет узнать, какое количество тепла должен будет генерировать водяной пол, чтобы в комнате была нормальная температура. После этого подбирает требуемое оборудование – котел, насос и арматура.

Можно сказать и так – выяснить, какой объем тепла необходим, можно из компенсации теплопотерь здания.

Связь между этими характеристиками определяют по формуле расчета теплого водяного пола:

(1) Mп = 1,2 х Q, где:

• Mп — требуемая мощность отопительной системы;
• Q — совокупные утраты тепла.

Для подсчета потерь надо проделать следующие манипуляции – выполнить замеры и узнать габариты проемов, потолочных перекрытий и стен с внешней стороны строения. Пол не нужно включать в расчет, так как он будет обогреваться.

Для проведения вычислений необходимо определить индекс теплопроводности материалов, из которых произведены строительные конструкции. Для получения данных об этих коэффициентах потребуется использовать справочники.

Расчет должен быть выполнен для каждого компонента сооружения отдельно. Здесь подойдет следующее выражение:

(2) Q = 1/R*(tв-tн)*S х (1+∑b), в которой:

• R – термосопротивление материала для конструкции;
• S – ее площадь;
• tв и tн — температура внутренняя и внешняя, при этом внешняя должна приниматься по самому малому уровню;
• b — утраты тепла, которые связаны с расположением как здание в пространстве.

Характеристику термосопротивления можно вычислить самостоятельно. Для этого надо поделить толщину конструкции на коэффициент теплопроводности материала изготовления. Величина b сопряжена с тем, как именно располагает дом – 0,1 – север, северо-запад или северо-восток; 0,05 – запад, юго-восток; 0 – юг, юго-запад.

Образец расчета

Предположим, что стены собраны из пеноблоков, толщина которых составляет 200 мм. Совокупная площадь конструкции 60 кв. м. Температура на улице лежит на уровне – 25, в помещении + 20, здание сориентировано на юго-восток.

Зная коэффициент теплопроводности пенобетона – 0,3 Вт/(м*С), теперь можно рассчитать размер тепловых потерь через стеновую конструкцию R=0,2/0,3= 0,67 м2С/Вт.

Нельзя забывать и то, что существуют тепловые потери через внешнюю отделку здания, например, штукатурку. Если она составляет 20 мм, то соответственно Rшт. = 0,02/0,3 = 0,07 м2С/Вт. Для получения совокупных тепловых потерь одной стены требуется сложить R и Rш. В итоге получим 0,67+0,07 = 0,74 м2С/Вт. По этому алгоритму проводят расчет размера тепловых потерь через остальные домовые конструкции. Сумма полученных результатов покажет тепловые потери всего дома. С применением формулы (1) получают требуемую мощность теплого водяного пола.

При планировании ремонта можно выполнить ручной расчет, но необходимо подойти к снятию размеров со всей серьезностью.

Какие данные потребуются

Для совершения подсчетов теплого водного пола потребуется информация о материалах, из которых возведено здание и разумеется, параметры системы отопления, то есть данные о рабочих температурах и давлении. Кроме перечисленных параметров учитывают размер сечения рукава и конфигурацию сборки системы трубопровода.

Расчет на 10 м кв.

Для вычисления параметров на десять кв. м. потребуется разделить полученный итоговый результат на площадь всех помещений, обогреваемых с использованием теплого водного пола и перемножить на 10.

Проектирование водяных полов: особенности

При выполнении своими руками расчета, надо помнить о некоторых тонкостях. План теплого водного пола имеет смысл создавать для помещений с размером более 20 квадратных метров. Кроме этого, в многоквартирных сооружениях укладывать водные полны недопустимо. Это запрещено строительными нормами.

Так как в доме имеется несколько комнат с разной площадью, длина трубопровода в каждой комнате будет отличаться от другой. Поэтому требуется обеспечить равное давление теплоносителя по всей системе отопления. При этом учитывается, что давление, нагнетаемое насосом, всегда имеет постоянную величину. Это приводит к тому, что теплоноситель, подаваемый в более длинный участок системы отопления, будет быстрее остывать. В результате, финишное покрытие начнет неравномерно прогреваться.

При проектировании теплого водяного пола требуется помнить и то, что из-за большого размера давления в длинный трубопровод теплоноситель может вообще не поступать, так как будет уходить в трубы меньшего размера. Поэтому на этапе планирования требуется установка распределительного устройства.

В ходе проектирования создают план разбивки основания на несколько зон, особенно для помещений с большими площадями. Разделение позволить спланировать размещение температурных швов. Размер одной зоны не должен превышать 40 кв. м. Этот шов необходим для компенсирования теплового расширения основания. Кстати, такая разбивка необходима для помещений, которые имеют Г- или П-образную форму, вне зависимости от их размеров. При формировании схемы монтажа указывают наличие температурных швов. Также отдельно прописывается и то, что во время монтажа трубопроводов при переходе через температурный шов укладывают в защитный гофрированный кожух.

Еще одна особенность, которую требуется указать – тип применяемой стяжки. Кроме этого, в ходе расчетов учитывается температура поверхности труб. Это поможет определиться с типам финишного покрытия. У каждого из них имеется свой температурный предел, например, паркет не может быть нагрет выше 25 градусов.

Кстати, некоторые специалисты рекомендуют при создании системы отопления для комнат с небольшой площадью применять теплый пол, работающий от электричества, поскольку его проще монтировать.

Как сделать расчет теплого пола на примере водяной системы

На эффективность теплого пола оказывают влияние многие факторы. Без их учета даже при условии, что система правильно смонтирована, и для ее устройства применены самые современные материалы, реальная теплоэффективность не оправдает ожиданий.

По этой причине монтажным работам обязательно должен предшествовать грамотный расчет теплого пола, и только тогда можно гарантировать хороший результат.

Разработка проекта отопительной системы стоит недешево, поэтому многие домашние умельцы проводят вычисления самостоятельно. Согласитесь, идея сокращения расходов на обустройство теплого пола кажется очень заманчивой.

Мы подскажем вам, как создать проект, какие критерии учесть при выборе параметров отопительной системы и распишем пошаговую методику расчета. Для наглядности мы подготовили пример вычисления теплого пола.

Исходные данные для расчета

Изначально правильно спланированный ход проектных и монтажных работ избавит от неожиданностей и неприятных проблем в дальнейшем.

При расчете теплого пола необходимо исходить из следующих данных:

• материала стен и особенностей их конструкции;
• размеров помещения в плане;
• вида финишного покрытия;
• конструкции дверей, окон и их размещения;
• расположения элементов конструкции в плане.

Для выполнения грамотного проектирования требуется обязательный учет установленного температурного режима и возможности его регулировки.

Существуют рекомендации по поводу температуры у пола, обеспечивающей комфортное пребывание в помещениях разного предназначения:

• 29°С — жилая зона;
• 33°С— ванна, помещения с бассейном и другие с высоким показателем влажности;
• 35°С — пояса холода (у входных дверей, наружных стен и т.п.).

Превышение этих значений влечет за собой перегрев как самой системы, так и финишного покрытия с последующей неизбежной порчей материала.

Проведя предварительные расчеты, можно выбрать оптимальную по личным ощущениям температуру теплоносителя, определить нагрузку на обогревательный контур и приобрести насосное оборудование, безукоризненно справляющееся со стимулированием движения теплоносителя. Его подбирают с запасом по расходу теплоносителя в 20%.

На стадии проектирования следует решить, будет ли теплый пол основным поставщиком тепла или станет использоваться лишь как дополнение к радиаторной отопительной ветке. От этого зависит доля потерь тепловой энергии, которые ему предстоит возмещать. Она может составить от 30% до 60% с вариациями.

Время нагрева водяного пола находится в зависимости от толщины элементов входящих в стяжку. Вода как теплоноситель очень эффективна, но сама система отличается сложностью в монтаже.

Определение параметров теплого пола

Целью расчета является получение величины тепловой нагрузки. Результат этого расчета влияет на последующие предпринимаемые шаги. В свою очередь, на тепловую нагрузку влияет среднее значение зимней температуры в конкретном регионе, предполагаемая температура внутри комнат, коэффициент теплопередачи потолка, стен, окон и дверей.

Итоговый результат расчетов перед устройством теплого пола водяного типа будет зависеть и от наличия дополнительных нагревательных приборов, включая тепловыделение проживающих в доме людей и домашних питомцев. Обязательно учитывают в расчете наличие инфильтрации.

Одним из важных параметров является конфигурация комнат, поэтому потребуется поэтажный план дома и соответствующие разрезы.

Методика расчета потерь тепла

Определив этот параметр, вы узнаете, сколько тепла должен вырабатывать пол для комфортного самочувствия людей, находящихся в комнате, сможете подобрать котел, насос и пол по мощности. Другими словами: теплота, отдаваемая отопительными контурами, должна компенсировать теплопотери строения.

Связь между этими двумя параметрами выражает формула:

Mп = 1,2 х Q, где

• Mп — требуемая мощность контуров;
• Q — потери тепла.

Для определения второго показателя оформляют замеры и вычисления площади окон, дверей, перекрытий, наружных стен. Так как пол будет обогреваться, площадь этой ограждающей конструкции не учитывается. Замеры делают по внешней стороне с захватом углов здания.

В расчете будет учитываться и толщина, и коэффициент теплопроводности каждой из конструкций. Нормативные значения коэффициента теплопроводности (λ) для наиболее часто используемых материалов можно взять из таблицы.

Подсчет теплопотерь выполняют отдельно для каждого элемента здания, используя формулу:

Q = 1/R*(tв-tн)*S х (1+∑b), где

• R – термическое сопротивление материала, из которого изготовлена ограждающая конструкция;
• S – площадь конструктивного элемента;
• tв и tн — температура внутренняя и наружная соответственно, при этом второй показатель берут по наиболее низкому значению;
• b — дополнительные потери тепла, связанные с ориентацией здания относительно сторон света.

Показатель термического сопротивления (R) находят, разделив толщину конструкции на коэффициент теплопроводности материала, из которого она изготовлена.

Значение коэффициента b зависит от ориентации дома:

• 0,1 – север, северо-запад или северо-восток;
• 0,05 – запад, юго-восток;
• 0 – юг, юго-запад.

Если рассмотреть вопрос на любом примере расчета водяного теплого пола, он становится более понятным.

Конкретный пример расчета

Допустим, стены дома для непостоянного проживания, толщиной 20 см, выполнены из газобетонных блоков. Суммарная площадь ограждающих стен с вычетом оконных и дверных проемов 60 м². Наружная температура -25°С, внутренняя +20°С, конструкция ориентирована на юго-восток.

Учитывая, что коэффициент теплопроводности блоков λ = 0,3 Вт/(м°*С), можно вычислить теплопотери через стены: R=0,2/0,3= 0,67 м²°С/Вт.

Наблюдаются потери тепла и через слой штукатурки. Если ее толщина 20 мм, то Rшт. = 0,02/0,3 = 0,07 м²°С/Вт. Сумма этих двух показателей даст значение потерь тепла через стены: 0,67+0,07 = 0,74 м²°С/Вт.

Имея все исходные данные, подставляют их в формулу и получают теплопотери комнаты с такими стенами: Q = 1/0,74*(20 — (-25)) *60*(1+0,05) = 3831,08 Вт.

Таким же образом вычисляют потери тепла через остальные ограждающие конструкции: окна, дверные проемы, кровлю.

Для определения теплопотерь через потолок принимают его термическое сопротивление равным значению для планируемого или имеющегося вида утеплителя: R = 0,18/0,041 = 4,39 м²°С / Вт.

Площадь потолка идентична площади пола и равна 70 м². Подставив эти значения в формулу, получают потери тепла через верхнюю ограждающую конструкцию: Q пот. = 1/4,39*(20 — (-25))* 70* (1+0,05) = 753,42 Вт.

Чтобы определить потери тепла через поверхность окон, нужно подсчитать их площадь. При наличии 4-х окон шириной 1,5 м и высотой 1,4 м их общая площадь составит: 4*1,5*1,4 = 8,4 м².

Если производитель указывает отдельно тепловое сопротивление для стеклопакета и профиля — 0,5 и 0,56 м²°С/Вт соответственно, то Rокон = 0,5*90+0,56*10)/100 = 0,56 м²°С/Вт. Здесь 90 и 10 — доля, приходящаяся на каждый элемент окна.

Исходя из полученных данных, продолжают дальнейшие вычисления: Qокон = 1/0,56*(20 — (-25))*8,4*(1+0,05) = 708,75 Вт.

Наружная дверь имеет площадь 0,95*2,04 = 1,938 м². Тогда Rдв. = 0,06/0,14 = 0,43 м²°С/Вт. Q дв. = 1/0,43*(20 — (-25))* 1,938*(1+0,05) = 212,95 Вт.

В итоге теплопотери составят: Q = 3831,08 +753,42 + 708,75 + 212,95 + 7406,25 = Вт.

К этому результату добавляют еще 10% на инфильтрацию воздуха, тогда Q = 7406,25+740,6 = 8146,85 Вт.

Теперь можно определить и тепловую мощность пола: Mп = 1,*8146,85 = 9776,22 Вт или 9,8 кВт.

Необходимое тепло на нагрев воздуха

Если дом оборудован вентиляционной системой, то какая-то часть тепла, выделяемая источником, должна расходоваться на нагрев, поступающего извне, воздуха.

Для вычисления применяют формулу:

Qв. = c*m*(tв—tн), где

• c = 0,28 кг⁰С и обозначает теплоемкость воздушной массы;
• m символ обозначен массовый расход наружного воздуха в кг.

Получают последний параметр путем умножения общего объема воздуха, равного объему всех помещений при условии, что воздух обновляется каждый час, на плотность, изменяющуюся в зависимости от температуры.

Если в здание поступает 400 м 3 /ч, то m=400*1,422 = 568,8 кг/ч. Qв. = 0,28*568,8*45 = 7166,88 Вт.

В этом случае необходимая тепловая мощность пола значительно увеличится.

Расчет необходимого количества труб

Для устройства пола с водяным обогревом выбирают разные методы укладки труб, отличающиеся формой: змейка трех видов – собственно змейка, угловая, двойная и улитка. В одном смонтированном контуре моет встречаться комбинация разных форм. Иногда для центральной зоны пола выбирают «улитку» а для краев — однин из видов «змейки».

Дистанцию между трубами называют шагом. Выбирая этот параметр нужно удовлетворить два требования: ступня ноги не должна чувствовать разницы температуры на отдельных зонах пола, а использовать трубы нужно максимально эффективно.

Для пограничных зон пола рекомендуют применять шаг в 100 мм. На остальных участках можно сделать выбор шага в пределах от 150 до 300 мм.

Для подсчета длины трубы есть простая формула:

L = S/N*1.1, где

• S – площадь контура;
• N – шаг укладки;
• 1,1 – запас на изгибы 10%.

К итоговому значению добавляют отрезок трубы, проложенной от коллектора до разводки теплого контура как на обратке, так и на подаче.

Пример расчета.

• площадь – 10 м²;
• расстояние до коллектора – 6 м;
• шаг укладки – 0,15 м.

Решение задачи простое: 10/0,15*1,1+(6*2) = 85,3 м.

Используя металлопластиковые трубы длиной до 100 м, чаще всего выбирают диаметр 16 или 20 мм. При длине трубы 120-125 м сечение ее должно равняться 20 мм².

Одноконтурная конструкция подходит только для помещения с небольшой площадью. Пол в больших комнатах делят на несколько контуров в соотношении 1:2 – длина конструкции должна превышать ширину в 2 раза.

Вычисленное ранее значение — это протяженность трубы для пола в целом. Однако для полноты картины нужно выделить длину отдельного контура.

На этот параметр влияет гидравлическое сопротивление контура, определяемое диаметром выбранных труб и объемом воды подаваемой в единицу времени. Если этими факторами пренебречь, потери давления будут настолько большими, что никакой насос не заставит теплоноситель циркулировать.

Контуры одной длины — это случай идеальный, но на практике встречающийся нечасто, т.к площади помещений разного предназначения очень отличается и приводить длину контуров к одному значению просто нецелесообразно. Профессионалы допускают разницу в длине труб от 30 до 40%.

Величиной диаметра коллектора и пропускной способностью узла смешения определяется допустимое число петель, подключенных к нему. В паспорте на узел смешения всегда можно найти величину тепловой нагрузки, на которую он рассчитан.

Допустим, коэффициент пропускной способности (Kvs) равен 2,23 м 3 /ч. При таком коэффициенте определенные модели насоса выдерживают нагрузку от 10 до 15 Вт.

Чтобы определить количество контуров, нужно вычислить тепловую нагрузку каждого. Если площадь, занимаемая теплым полом, равняется 10 м², а теплоотдача 1 м², то показатель Kvs составляет 80 Вт, то 10*80 = 800 Вт. Значит, узел смешения сможет обеспечить 15 000/800 = 18,8 помещений или контуров площадью по 10 м².

Эти показатели максимальные, и применить их можно только теоретически, а в действительности цифру нужно уменьшить минимум на 2, тогда 18 – 2 = 16 контуров.

Нужно при подборе смесительного узла (коллектора) смотреть, есть ли у него такое количество выводов.

Проверка правильности подбора диаметра труб

Чтобы проверить, правильно ли было подобрано сечение труб, можно воспользоваться формулой:

υ = 4*Q*10ᶾ/n*d²

Когда скорость соответствует найденному значению, сечение труб выбрано верно. Нормативные документы допускают скорость максимум 3 м/сек. при диаметре до 0,25 м, но оптимальным значением является 0,8 м/сек., так как при росте ее величины повышается шумовой эффект в трубопроводе.

Дополнительная информация по расчету труб теплого пола приведена в этой статье.

Рассчитываем циркуляционный насос

Чтобы система получилась экономичной, нужно подобрать циркуляционный насос, обеспечивающий нужный напор и оптимальный расход воды в контурах. В паспортах насосов обычно указывают напор в контуре самой большой длины и суммарный расход теплоносителя во всех петлях.

На напор оказывают влияние гидравлические потери:

∆ h = L*Q²/k1, где

• L — длина контура;
• Q — расход воды л/сек;
• k1 — коэффициент, характеризующий потери в системе, показатель можно взять из справочных таблиц по гидравлике или из паспорта на оборудование.

Зная величину напора, вычисляют расход в системе:

Q = k*√H, где

k — это коэффициент расхода. Профессионалы принимают расход на каждые 10 м² дома в пределах 0,3-0,4 л/с.

Цифры, касающиеся величины напора и расхода, указанные в паспорте, нельзя воспринимать буквально — это максимум, а фактически на них оказывает влияние протяженность, геометрия сети. При слишком большом напоре уменьшают длину контура или увеличивают диаметр труб.

Рекомендации по выбору толщины стяжки

В справочниках можно найти сведения о том, что минимальная толщина стяжки составляет 30 мм. Когда помещение довольно высокое, под стяжку подкладывают утеплитель, повышающий эффективность использования тепла, отдаваемого отопительным контуром.

Самым популярным материалом для подложки является экструдированный пенополистирол. У него сопротивление теплопередачи значительно ниже, чем у бетона.

При устройстве стяжки, чтобы уравновесить линейные расширения бетона, периметр помещения оформляют демпферной лентой. Важно правильно выбрать ее толщину. Специалисты советуют при площади помещения, не превышающей 100 м², устраивать 5 мм компенсирующий слой.

Если значения площади больше за счет длины, превышающей 10 м, толщину высчитывают по формуле:

b = 0,55*L, где

L – это длина комнаты в м.

Выводы и полезное видео по теме

О расчете и монтаже теплого гидравлического пола этот видеоматериал:

В видео предоставлены практичные рекомендации по укладке пола. Информация поможет избежать ошибок, которые обычно допускают любители:

Расчет делает возможным спроектировать систему «теплый пол» с оптимальными эксплуатационными показателями. Допустимо смонтировать отопление, пользуясь паспортными данными и рекомендациями.

Оно будет работать, но профессионалы советуют все таки потратить время на расчет, чтобы в итоге система расходовала меньше энергии.

Имеете опыт в проведении расчета теплого пола и подготовки проекта отопительного контура? Или остались вопросы по теме? Пожалуйста, делитесь своим мнением и оставляйте комментарии.