Расчет теплоотдачи теплого водяного пола и мощности

Сегодня для многих эквивалентом уюта и комфорта в помещении стал теплый водяной пол. Расчет его, как залог эффективной работы, зависит в основном от схемы, по которой система будет работать. Как известно, водяной пол может стать источником основного обогрева дома либо вспомогательным, чтобы обеспечить больший комфорт в помещении.

Напольное отопление дает возможность теплу одинаково распределяться по помещению – от пола до потолка, причем разница в температуре, как правило, составляет 2-4⁰С. Какой вариант отопления не предполагалось установить, необходим точный расчет теплого пола. Это связано с тем, что любая ошибка, допущенная при проектировании может обернуться массой неудобств и значительной потерей времени, так как непременно придется вскрывать стяжку.

Расчет тепловых потерь помещения

Работа любой системы отопления направлена на поддержание комфортной температуры в помещении. Поэтому на первом этапе необходимо рассчитать тепловые потери комнаты (здания). При этом учитывается наличие основной системы отопления.

Правильная методика расчета теплого пола основана на определении тепловых потерь через наружные конструкции — стены и окна. Для предварительного расчета будут взяты именно они. Для этого понадобится значение коэффициента сопротивления теплопередачи материалов, из которых изготовлены конструкции.

Предположим, что необходимо поддерживать температуру в помещении 25°С с учетом максимально низкой на улице – 35 °С. Наружная стена изготовлена из кирпича и ее толщина составляет 0,38 м. Тепловые потери рассчитываются по следующей формуле:

Где q – тепловые потери, Вт.

S – площадь отапливаемого помещения, м².

tв tн — температура в помещении и на улице, °С.

R – коэффициент сопротивления теплопередачи, м²*К/Вт.

Для комнаты общим объемом 50 м³ они составят:

При наличии основного радиаторного отопления большая часть этих потерь будет компенсироваться им – порядка 60%. Следовательно, для комнаты площадью 20 м² необходим расчет теплоотдачи теплого пола с минимальным показателем 1290*0,4= 516 Вт. Учитывая среднюю теплоемкость 80 Вт/м², можно вычислить, что для поддержания требуемой температуры нужно установить трубы на площадь около 6 м².

Методика расчета

Когда единственным источником тепла был выбран теплый водяной пол , расчет выполнить точно будет весьма непросто. Причина в следующем – при таком выборе приходится учитывать немало нюансов, включая нормативные документы, а также требуемые материалы. К тому для подобных расчетов необходима достаточно высокая степень технической грамотности, ведь от нее зависит качество полученной системы обогрева, а также финансовые затраты на ее устройство, текущее обслуживание и эксплуатацию. Во втором варианте, то есть установке системы дополнительного обогрева решить рассчитать ее не составит особого труда.

Схематически данную конструкцию можно описать, как магистраль трубопровода, помещенную между черновым полом и его покрытием. Таким образом, создание подобной конструкции сводится к укладке между основой и финишным покрытием трубной магистрали, по которой циркулирует теплоноситель. Она состоит из ряда компонентов:

теплоизоляционного слоя; нагревательных труб; коллекторов и шкафа; запорной арматуры; дополнительных элементов, используемых при присоединении конструкции к центральному отоплению, типа фитингов и крепежей.

Для расчета теплоотдачи должны быть собраны необходимые данные, в том числе о помещении. В частности, это касается:

вида и площади помещения; запланированной температуры; уровня теплопотерь; типа покрытия пола.

Есть также несколько факторов, которые, возможно, могут показаться незначимыми, тем не менее они способны существенно отразиться на итоговых результатах расчетов, то есть теплоотдача водяного теплого пола окажется недостаточной. В расчетах принимают во внимание

этажность помещения – находится ли помещение на первом или и последнем этаже; объем застекления, например, – эркер, балкона или эркера; степень теплоизоляции – балкон, помещение с тонкими стенами; некоторые особенности напольного материала – достаточная толщина либо высокий уровень теплоемкости.

Особое внимания требуют помещения с дощатыми либо паркетными полами. Это необходимо из-за низкой теплопроводности древесины в условиях стандартных значений удельной мощности, которая не позволяет получить требуемую температуру поверхности пола.

Выбираем материал изготовления труб, их диаметр

Важным этапом является выбор материала изготовления труб и их диаметр. Чаще всего используют конструкции из сшитого полиэтилена с воздухонепроницаемой защитной оболочкой.

Они обладают хорошим показателем теплопроводности, достаточно прочны и гибки, что немаловажно для монтажа. Диаметр зависит от расчетной теплоемкости – при максимальном размере будет большая теплоотдача. Однако при этом следует учитывать, что теплоноситель будет остывать быстрее, чем в трубах меньшего диаметра. Для средней площади нагрева одного контура 20 м² можно выбрать трубу с сечением 16 мм.

Как рассчитать мощность: инструкция

Расчет мощности начинается с самого простого – подготовки плана помещения, на котором отмечены места расположения дверей и окон.

Шаг и диаметр труб. Максимальный КПД будет обеспечен только при выполнении определенных правил:

1. наибольшая площадь обогрева равна 20 кв. м., поэтому в больших помещениях укладывают два контура при обязательном условии подключения к отдельному отводу;
2. максимальная длина трубопровода одного круга контура составляет 100 м.

Основные участки теплопотерь в помещении находятся в районе окон и дверей. Это обязательно учитывается при размещении трубопровода – трубу, которая отходит от стояка проводят по направлению окна. Далее, необходимо обеспечить отступ проложенных труб от стен на 20–25 см. Шаг, с которым укладывают трубы в контуре варьируется между 35 и 50 см. Выбор конкретного шага зависит от таких параметров, как диаметр и тип трубы. Получить количество требуемых для монтажа труб довольно просто: длину по чертежу перемножают с коэффициентом, переводящим масштабные единицы в реальные. Дополнительно нужно предусмотреть еще 2 м, необходимые для подводки контура к стояку.

Для укладки труб в водяной отопительной системе используют две схемы:

Сегодня для устройства водяной системы подогрева используют пять типов труб :

из пенопропилена – стоят совсем недорого, но имеют низкий уровень теплопроводности; из металлопластика – самые популярные, так как обеспечивают наилучшее соотношение цены и качества; из сшитого полиэтилена – достаточно удачно заменяют металлопластиковые; из меди – наиболее дорогой вариант, но при этом и самые эффективные;

Следующим шагом рассчитывается количество теплоизоляции, чаще всего это фольгированный отражающий утеплитель. Его количество должно соответствовать площади помещения. При сложной поверхности, нужно будет подсчитать суммарную площадь отдельных участков. Рассчитывается также количество песка и цемента, необходимого для заливки стяжки определенной толщины. Их берут в соотношении три к одному.

Программы для расчета характеристик

Специфика проектирования водяных теплых полов заключается не только в вычислении мощности, количества материалов, но и учета параметров теплоносителя. К ним относятся расчетная температура воды в обратной трубе, скорость ее прохождения и гидравлическое давление.

В интернете есть много примеров расчета систем http://webcala.net/tepliypol.php , однако, не всегда получается разобраться с нюансами самостоятельно. В этих случаях существенную помощь оказывают, выложенные в интернете программы расчета теплого водяного пола – онлайн калькуляторы. Принцип их работы заключается в подгонке гидравлических свойств под характеристики насоса, исходя из использованных значений параметров. Этот метод дает возможность маневрировать их возможными значениями.

Но для получения верной информации нужно знать исходные данные:

1. Параметры помещения – общая квадратура или объем.
2. Уровень температуры в комнате, которую должна поддерживать система обогрева.
3. Степень нагрева теплоносителя при поступлении в распределительный коллектор. Для большинства случаев он не должен превышать 50°С.
4. Температура воды в обратной трубе. Нужна для расчета теплоотдачи водяного теплого пола. Чем она выше – тем меньше энергии будет расходоваться на нагрев теплоносителя. Оптимальный показатель – до 40 — 50°С.
5. Шаг укладки. Выбирается в зависимости от конфигурации помещения и общей площади нагрева.
6. Виды покрытия. Обязательно нужно знать, какой декоративный материал будет устанавливаться поверх цементной стяжки (кафель, ламинат, паркет), толщину защитного бетонного слоя. Последний чаще всего делают до 5 см.
7. Теплоизоляционный слой. Он нужен для максимальной теплоотдачи системы.

Хорошие онлайн калькуляторы показывают не только технические параметры, но и выполняют расчет стоимости водяного теплого пола.

После того как был произведен расчет мощности водяного теплого пола, можно приступить к выбору управляющих элементов – коллекторов и терморегуляторов.

Управляющие компоненты

Они необходимы для автоматического изменения режимов, согласно выставленным параметрам. Регулировка температуры теплого пола происходит с помощью нескольких элементов – смесительного клапана (двух или трехгодового), датчика температуры и наружного терморегулятора. Они подбираются согласно расчетным параметрам.

Как рассчитать мощность теплого пола, имея минимальный опыт в проведении подобных работ? Рекомендуется обратиться в специализированные компании, которые помимо вычислений смогут предоставить услуги монтажа. Основная проблема онлайн калькуляторов заключается в относительно большой погрешности, так как не учитываются многие сторонние факторы.

Только индивидуальный подход к решению этой проблемы позволит создать по-настоящему эффективный теплый водяной пол. Расчет системы профессионалами и правильный подбор материалов гарантирую безопасность и продолжительное время работы всей конструкции.

Расчет стоимости водяного теплого пола желательно доверить профессионалам, учитывая массу нюансов, которые возможны в каждом индивидуальном случае.

Теплоотдача теплого пола: простой расчет и советы по оптимизации 28.07.2014 – Опубликовано в: Теплый пол – Метки: теплоотдача

Сколько тепла способен отдать теплый пол известной площади? Как увеличить эффективность работы низкотемпературного отопления?

В статье мы ответим на эти вопросы, а также разберем максимально простые способы приблизительной оценки потребности в тепле и дадим ряд советов по оптимизации работы теплых полов разных типов.

Теплый пол – прекрасная альтернатива радиаторам отопления.

Факторы

Давайте разобьем задачу на составляющие.

Что именно нам нужно рассчитать?

1. Потребность помещения в тепле. Она определяется площадью, качеством теплоизоляции и климатической зоной.
2. Затем нам нужно выяснить, на какую удельную мощность отопления в пересчете на квадрат площади обогреваемой поверхности стоит рассчитывать.

Обратите внимание: в холодном климате нередки ситуации, когда низкотемпературное отопление в принципе не может обеспечить нужный тепловой поток.
В этом случае теплый пол сочетается с радиаторным отоплением.
Среди прочего, при монтаже водяного теплого пола это решает проблему слишком горячей для низкотемпературного отопления подачи: оно получает теплоноситель из обратного трубопровода радиаторного контура.

Чаще, впрочем, используется схема с узлом смешения: она позволяет сделать контуры полностью независимыми.

1. Наконец, нам предстоит выяснить, можно ли покрыть потребность помещения в тепле за счет возможностей системы теплого пола.

Общие правила

Прежде чем перейти к подсчетам, сформулируем несколько правил общего характера, применимых при монтаже систем теплого пола своими руками.

• Все материалы над уровнем нагревательного элемента (трубы, кабеля или пленки) должны иметь максимальную теплопроводность. Инструкция связана с тем, что эффективная теплоотдача прямо пропорциональна тепловой мощности нагревательного элемента и обратно – тепловому сопротивлению покрытия.
• Ниже нагревательного элемента необходима, напротив, максимально эффективная теплоизоляция. Мы не заинтересованы в потерях тепла через перекрытие. В идеале теплоизоляционный материал должен не только блокировать передачу тепла за счет прямого контакта или конвекции, но и отражать тепловое излучение.
• Чем лучше теплоизоляция дома в целом, тем меньше потребности в тепловой мощности. Рекомендации и нормативы несложно найти в СНиП “Тепловая защита зданий” (23-02-2003); там же в приложении приводятся значения теплопроводности различных материалов, используемых в строительстве.
• Теплые полы под мебелью с массивным основанием – пустая трата денег. Поверхность все равно будет надежно теплоизолирована от комнаты. В случае пленочного нагревательного элемента или резистивного греющего кабеля высокая степень теплоизоляции участка пола грозит еще и перегревом с последующим выходом нагревательного элемента из строя.

Практическое следствие: если точное расположение предметов мебели неизвестно, в общем случае по периметру помещения оставляется участок пола без обогрева шириной примерно 30 сантиметров.

Схема укладки для кухни. Пол под мебелью не обогревается.

Расчет потребности в тепле

Предельно грубая оценка для квартиры в многоквартирном доме выполняется по формуле Q=S/10, где Q – потребность в тепле в киловаттах, S – площадь отапливаемого помещения в квадратных метрах. Так, для обогрева комнаты площадью 30 м2 согласно этой формуле требуется 30/10=3 КВт тепловой мощности.

Простой способ, разумеется, дает весьма значительные погрешности:

• Он актуален для потолков высотой около 2,5 метров. Однако во многих многоквартирных новостройках, в сталинках и частных домах потолки выше 3 метров – норма.
• Утечки тепла через стены сильно зависят от климатической зоны. Один и тот же дом, размещенный в Крыму и в Якутии, придется обогревать весьма по-разному.
• Квартиры в середине многоквартирного дома и у его торцевых стен тоже различаются потребностью в тепле.
• В частном доме к утечкам через стены добавляется потеря тепла через пол и крышу. То же самое (хоть и в меньшей степени) относится к квартирам на крайних этажах.
• Наконец, окна и двери обладают куда большей теплопроводностью по сравнению с капитальными стенами.

Уточненный расчет выглядит так:

1. На кубометр объема помещения берется 40 ватт тепла.
2. Для крайних этажей и торцевых квартир используется дополнительный коэффициент 1,2 – 1,3. Для частных домов, у которых тепло теряется через все ограждающие конструкции (теплых квартир за стенкой там, сами понимаете, нет) – 1,5.
3. На каждое окно среднего размера (150х145 см) добавляется 100 ватт. Для каждой ведущей на улицу или балкон двери – 200 ватт.
4. Вводится региональный коэффициент: для Сочи, Ялты и Краснодара он равен 0,7 – 0,9, для центра России – 1,2 – 1,3, для Сибири и регионов Крайнего Севера – 1,5 – 2,0.

Давайте снова рассчитаем потребность в тепле для нашей 30-метровой комнаты, уточнив ряд параметров:

• При размере 5х6 метров мы сделаем высоту потолка равной 3,2 метра.
• Мысленно поместим ее в Верхоянск (средняя температура января – -45,4 С, абсолютный минимум – -67,8 С).
• Расположим в частном доме и снабдим двумя стандартного размера окнами и одной дверью.

Объем комнаты равен 5х6х3,2=96 м3.

Базовая потребность в тепле – 40х96=3840 ватт.

Расположение в частном доме увеличивает ее до 3840х1,5=5760Вт.

Добавляем к ней 400 Вт на окна и двери. 5760 + 400 = 6160.

Региональный коэффициент с учетом климата можно смело брать максимальным – 2,0. 6160х2=12320. Не правда ли, разница с упрощенным расчетом более, чем ощутима?

Типичный отопительный прибор в северных регионах имеет теплоотдачу не меньше 2 КВт. В угловых комнатах ставится как минимум два таких прибора.

Уточним: и эта методика представляет собой в некотором роде профанацию.
Более точен расчет, учитывающий теплопроводность каждого из слоев ограждающих конструкций с учетом их толщины.
Для окон и дверей тоже используются точные расчеты с учетом их структуры и материалов.

Расчет теплоотдачи

Пленочный нагреватель

Номинальная мощность пленочного нагревателя, укладываемого под чистовое покрытие, составляет 150 – 220 ватт.

Казалось бы, дальнейший расчет прост; однако стоит учесть еще пару факторов.

1. Типичная теплоизоляция пленочного теплого пола представляет собой слой фольгоизола – вспененного полиэтилена с фольгированной поверхностью. Поскольку ее эффективность ограничена небольшой (как правило, не более 4 миллиметров) толщиной, часть тепла неизбежно рассеивается в перекрытии.
2. Если теплоизоляция более эффективна (к примеру, нагреватель уложен по сухой стяжке или деревянному перекрытию с мощным слоем теплоизоляционного материала), фактическая средняя теплоотдача все равно будет ниже номинальной мощности. Она ограничена верхним пределом температуры пола.

Существующие терморегуляторы позволяют задать ее в диапазоне до 40 градусов. После достижения этой температуры нагревательный элемент отключается, и пол какое-то время остывает. Комфортной нормой для жилого помещения и вовсе считается значение не выше 33 С.

На фото – электромеханический терморегулятор для пленочного теплого пола. Максимально допустимая температура ограничена значением в 40 С.

Что в результате? А в результате средняя эффективная теплоотдача поверхности пола равна примерно 70 ваттам на квадратный метр.

Вернемся к нашей 30-метровой комнате. При укладке нагревательной пленке по всей ее поверхности, за исключением 30-сантиметрорвой зоны по периметру, площадь обогрева составит 5,7х4,7=26,79 м2. Теплоотдача будет равна 26,79х70=1875 ватта.

Как легко заметить, для суровой климатической зоны этого количества тепла явно недостаточно. Быть может, его хватит в более теплом регионе?

Мысленно перенесем нашу комнату в Ялту (средняя температура января – +4,4 С), условимся, что она находится в середине многоквартирного дома и имеет высоту потолка 2,5 метра. Потребность в тепле в этом случае можно оценить в (5х6х2,5)х40х0,7=2100 ватт. Как мы видим, даже в этом случае в теории для полноценного обогрева потребуются дополнительные источники тепла.

Однако: фактически в так называемых энергоэффективных домах благодаря наружной теплоизоляции и комплексу прочих мер по экономии тепла реальная потребность в тепле может опускаться до 20 ватт на кубометр воздуха.
Понятно, что с этой оговоркой пленочный теплый пол может быть единственным отопительным прибором.

Греющий кабель

Типичный резистивный греющий кабель имеет удельную теплоотдачу в 20-30 ватт на погонный метр.

Двужильный резистивный греющий кабель.

При расчете его количества и шага укладки стоит учитывать несколько факторов.

• Минимальный шаг при укладке в стяжку (кабель предназначен именно для этого способа монтажа) – 10 сантиметров. Максимальный – 30. При большем шаге будет ощущаться неравномерность нагрева покрытия.
• Метраж кабеля рассчитывается как L=S/Dх1,1, где S – площадь пола в квадратных метрах, D – шаг укладки, а 1,1 – коэффициент, позволяющий учесть изгибы между витками. Так, при шаге в 15 см для обогрева одного квадрата потребуется 1/0,15х1,1=7,33 метра.

Таким образом, для получения расчетной теплоотдачи в 150 ватт на квадратный метр нам в идеале нужно укладывать 20-ваттный кабель с шагом 15 см (7,33х20=146,6).

На практике, однако, лучше взять кабель с удельным тепловыделением в 30 ватт/м2:

1. Кабель будет, как и пленка, укладываться не по всей площади помещения.
2. Даже в идеальном с точки зрения эффективности случае (100 миллиметров экструдированного пенополистирола в качестве теплоизолирующей подушки между стяжкой и перекрытием и кафель в качестве чистового покрытия) фактическая средняя теплоотдача кабеля будет снижаться терморегулятором при достижении пороговой температуры. Теплопроводность стяжки и кафеля довольно велика, но не бесконечна.

Фактический максимум тепла, который можно получить с квадратного метра поверхности пола – что-то около 120 ватт. Увеличить значение можно, но лишь подняв температуру пола выше комфортного значения.

Водяной теплый пол

Если в вашем распоряжении есть источник тепла, при использовании которого цена киловатта существенно ниже, чем киловатта электроэнергии (магистральный газ, дрова и т.д.), единственным разумным выбором становится водяной теплый пол.

Теплообменник представляет собой трубу, уложенную под чистовое покрытие.

От чего зависит теплоотдача водяного теплого пола?

1. От температуры теплоносителя. Она может быть несколько выше температуры поверхности, но не превышает, как правило, 50 градусов. Типичный перепад температуры на контуре – 45/35 С.
2. От температуры воздуха. Чем она ниже, тем больше тепловой поток между полом и помещением.
3. От все того же шага укладки труб теплого пола. Чем он меньше, чем больше тепла передается стяжке.
4. В гораздо меньшей степени – от диаметра трубы, по которой двигается теплоноситель.

Полезно: в абсолютном большинстве случаев используется труба минимального диаметра – 16 миллиметров.

В изданной в Вене в 2008 году “Настольной книге проектировщика” приводится таблица теплоотдачы теплого пола для следующих условий: температура подачи/обратки – те самые 45/35 С, температура воздуха – 18 С, покрытие пола – кафель.

• При шаге между витками трубы 250 миллиметров квадратный метр пола отдает 82 ватта тепла.
• При шаге 150 мм – 101 ватт.
• При шаге 100 мм – 117 ватт.

Примерно от этих значений и можно отталкиваться при проектировании.

Зависимость теплового потока от шага труб и температуры теплоносителя.

Заключение

Наконец, приведем еще одну универсальную формулу расчета. Тепловой поток с поверхности пола можно рассчитать как 12,6 ватта/(м2хС). Значение прямо пропорционально перепаду температуры между воздухом и полом.

Таким образом, при температуре пола 33 С и воздуха в 18 С теоретическим максимумом для одного квадрата становится количество тепла в 12,6(33-18)=189 ватт.