Как сделать расчет теплого пола на примере водяной системы

На эффективность теплого пола оказывают влияние многие факторы. Без их учета даже при условии, что он правильно смонтирован, и для его устройства применены самые современные материалы, отдача от него не оправдает ожиданий. По этой причине монтажным работам обязательно должен предшествовать грамотный расчет теплого пола, и только тогда можно гарантировать хороший результат.

Содержание статьи:

Исходные данные для расчета
Определение параметров теплого пола
- Методика расчета потерь тепла
- Конкретный пример расчета
- Необходимое тепло на нагрев воздуха
Расчет необходимого количества труб
- Проверка правильности подбора диаметра труб
Рассчитываем рециркуляционный насос
Рекомендации по выбору толщины стяжки
Видео в помощь домашним проектировщикам

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.

Для проведения грубого расчета принимается, что 1 м2 отопительной системы должен возмещать потери тепла в 1 кВт. Если водяной обогревательный контур используется как дополнения к основной системе, то он обязан покрывать только часть теплопотерь

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

29? — жилая зона;
33? — ванна, помещения с бассейном и другие с высоким показателем влажности;
35? — 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 двадцатипроцентным запасом по расходу теплоносителя.

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.

Много времени уходит на прогрев стяжки мощностью более 7 см. Поэтому при устройстве водяных систем стараются не превышать указанный предел. Наиболее подходящим покрытием по водяным полам считается напольная керамика, под паркет из-за его сверхнизкой теплопроводности теплые полы не укладывают

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.

Причиной потери тепла служат плохо утепленные стены, окна, двери дома. Самый большой процент тепла уходит через систему вентиляции и крышу

Итоговый результат расчетов перед устройство теплого водяного пола будет зависеть и от наличия дополнительных нагревательных устройств, 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 2 параметрами выражает формула:

Mп = 1,2 х Q

Здесь: 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 (?) для наиболее часто используемых материалов можно взять из таблицы:

Из таблицы можно взять значение коэффициента для расчета. Важно узнать у фирмы-поставщика значение термического сопротивления материала в случае, если устанавливают окна из металлопластика

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

Q = 1/R х (tв — tн) х S х (1+ ??)

Здесь: R обозначает термическое сопротивление материала, из которого изготовлена ограждающая конструкция.

Находят его, разделив толщину конструкции на коэффициент теплопроводности материала, из которого она изготовлена:

R = ? / ?

Символом S обозначена площадь конструктивного элемента, tв и tн — температура внутренняя и наружная соответственно. При этом второй показатель берут по наиболее низкому значению. ? — дополнительные потери тепла, связанные с ориентацией здания относительно сторон света.

Этой таблицей удобно пользоваться при расчете потерь тепла всех основных ограждающих конструкций постройки с учетом ее ориентации

Если рассмотреть вопрос на любом примере расчета водяного теплого пола, он становится более понятным. Допустим, стены дома для непостоянного проживания, толщиной 20 см, выполнены из газобетонных блоков. Суммарная площадь ограждающих стен с вычетом оконных и дверных проемов 60м?. Наружная температура — минус 25 внутренняя — плюс 20, а конструкция ориентирована на юго-восток.

Конкретный пример расчета

Учитывая, что коэффициент теплопроводности блоков ? = 0,3 Вт/(м°хС), можно вычислить R = 0,2/0,3 = 0,67 м?°С / Вт. Наблюдаются потери тепла и через слой штукатурки. Если ее толщина 20 мм, то Rшт. = 0,02/0,3 = 0,07 м?°С / Вт. Сумма этих 2 показателей даст значение потерь тепла через стены: 0,67 + 0,07 = 0,74 м?°С / Вт.

Имея все исходные данные, подставляют их в формулу и получают теплопотери комнаты с такими стенами:

Q = 1 / 0,74 х (20 — (-25)) х 60 х (1 + 0,05) = 3831,08 Вт.

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

Тепла отдаваемого контурами отопления может быть недостаточно для нагрева воздуха внутри дома до нужной величины, если их мощность занижена. При избыточной мощности будет иметь место перерасход теплоносителя

Для определения теплопотерь через потолок принимают его термическое сопротивление равным значению для планируемого или имеющегося вида утеплителя:

R = 0,18/0,041 = 4,39 м?°С / Вт.

Площадь потолка идентична площади пола и равна 70 м?. Подставляв эти значения в формулу, получают потери тепла через верхнюю ограждающую конструкцию:

Q пот. = 1/4,39 х (20 — (-25)) х 70 х (1 + 0,05) = 753,42 Вт.

Чтобы определить потери тепла через поверхность окон нужно подсчитать их площадь. При наличии 4 окон шириной 1,5 м и высотой 1,4 м их общая площадь составит: 4 х 1,5 х 1,4 = 8,4 м?. Если производитель указывает отдельно тепловое сопротивление для стеклопакета и профиля — 0,5 и 0,56 м?°С / Вт соответственно, то Rокон = 0,5 х 90 + 0,56 х 10)/100 = 0,56 м?°С / Вт здесь 90 и 10 — доля, приходящаяся на каждый элемент окна.

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

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

Так как наружные двери открываются часто, через них теряется большое количество тепла. Поэтому важно обеспечить их плотное закрывание

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 = 1,2 х 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 х m х (tв — tн)

В ней: c = 0,28 кг?С и обозначает теплоемкость воздушной массы, а символом m 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.

Эта таблица хороший помощник при расчете количества тепла необходимого для нагрева воздушной массы поступающей в дом в результате принудительной вентиляции

Если в здание поступает 400 м3/ч. то m = 400 х 1,422 = 568,8 кг/ч. Qв. = 0,28 х 568,8 х 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».

«Улитка» — рациональный выбор для объемных помещений с простой геометрией. В помещениях сильно вытянутых или имеющих сложные очертание лучше применить «змейку»

Дистанцию между трубами называют шагом. Выбирая этот параметр нужно удовлетворить 2 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.

Важное значение имеет теплоизоляция пола. На первом этаже ее толщина должна достигать минимум 100 мм. Для этой цели используют минвату или экструзивный пенополистирол

Для подсчета длины трубы есть простая формула:

L = S / N х 1,1

В ней фигурирует площадь контура (S), шаг (N),10% запас на изгибы (1,1). К итоговому значению добавляют отрезок трубы, проложенной от коллектора до разводки теплого контура как на обратке, так и на подаче.

Ознакомьтесь с примером расчета метража трубы для теплого пола, занимающего площадь 10 м?. Коллектор удален от пола на 6 м, а труба уложена с шагом 0,15 м. Решение задачи простое: 10/0, 15 х 1,1 + (6 х 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 мм?.

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

Вычисленное ранее значение — это протяженность трубы для пола в целом, но 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.

Если длина трубы на отрезке коллектор-разводка пола превышает 15 м, специалисты рекомендуют приплюсовать к табличным значениям 2 м?

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 м3/ч. При таком коэффициенте определенные модели насоса выдерживают нагрузку от 10 до 15 т. Вт.

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

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 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:

? = 4 х Q х 10?/n х d?

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. т.к. при росте ее величины повышается шумовой эффект в трубопроводе.

Рассчитываем рециркуляционный насос

Чтобы система получилась экономичной нужно подобрать 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 х Q? / k1

В этой формуле:

L — длина контура.

Q — расход воды в л за сек.

k1 — коэффициент, характеризующий потери в системе. Можно взять из справочных таблиц справочника по гидравлике или из паспорта на оборудование.

Зная величину напора, вычисляют расход в системе:

Q = k х vH

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

Среди составляющих теплого водяного пола особая роль отводится циркуляционному насосу. Только агрегат, мощность которого на 20 % превышает фактический расход теплоносителя, сможет преодолеть сопротивление в трубах

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.

Видео в помощь домашним проектировщикам

О расчете и монтаже теплого гидравлического пола этот видеоматериал:

Отсюда вы почерпнете много полезного об укладке пола и сможете 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.