Обе основные разновидности тёплых полов (ТП) – водяные и электрические, могут выступать как в качестве дополнительного (комфортного), так и являться основным (рабочим) источником обогрева помещений. Второй метод отопления предусматривает несколько более развитую и сложную конструкцию системы. Помимо стандартных способов контроля температуры и регулировки, в ней также могут предусматриваться различные режимы: день-ночь, зима-лето, программирование на день-неделю, отложенный старт и т.п. Тем не менее, несмотря на то, что задачи рабочего отопления более значимые, расчет теплого пола для обеих систем осуществляется по похожим методикам и может быть вполне выполнен самостоятельно.
Основные параметры для проектирования ТП
Расположение нагревательных элементов, влияющих на удельную мощность теплового пола на 1м2, проектируют, основываясь на теплофизических характеристиках строения. В этом достаточно сложном процессе, приходится учитывать множество различных факторов, в том числе:
- региональные тепловые стандарты – минимальную наружную температуру воздуха в наиболее холодный период года;
- среднюю температуру в каждой из комнат и их расположение;
- особенности строительных конструкций – материал и толщину стен, пола и потолка или межэтажных перекрытий;
- количество и тип окон, их общую площадь, коэффициент теплопотерь, во многом зависящий от разновидности установленных стеклопакетов;
- позиционирование здания относительно сторон света;
- высоту помещений, а также ряд других.
Предложенный перечень параметров, оказывающий влияние на расчет теплых полов, далеко не полный – опытный специалист теплотехник укажет еще с десяток важных теплофизических характеристик.
Тем не менее, первоочередная задача подобного проектирования заключается в подборе такой теплопроизводительности ТП, которая гарантированно сможет компенсировать все энергетические потери отапливаемого здания. Нельзя также забывать, что рекомендуется увеличивать вычисленную теоретическую мощность на 10-15% для того, чтобы тепловая установка не работала на пределе своих возможностей.
Независимо от того, будет ли выполняться расчет теплых полов своими руками либо силами профильных специалистов, во всех случаях отталкиваются от требований ГОСТ Р 55656-2013 «Энергетические характеристики зданий. Расчет использования энергии для отопления помещений». Ниже приводится упрощенная методика для самостоятельного проектирования небольшой квартирной установки обогрева полов.
Проектируем водяной тёплый пол
Как было сказано выше – одним из основных показателей для проектирования греющей системы является плотность эффективного потока тепловой энергии, производимой 1 м2 ТП (g, Вт/м2) – удельная мощность теплого пола. Она должна полностью компенсировать теплопотери помещения – Q, Вт.
g=Q/F,
где F, м2 – полезная площадь пола, которая будет использована под отопление. Она принимается, как общая площадь помещения за вычетом мест, где будет установлена мебель, а также свободной зоны 20-30 см от стен и мебели.
Величина Q учитывает множество параметров, частично приведенных в предыдущем разделе. Для её точного вычисления можно пользоваться методикой предложенной в справочном пособии Е. Г. Малявиной «Теплопотери здания», требующей углубленного подхода. Однако на практике частнику проще будет принять некие усредненные величины теплопотерь типовых зданий. Например, комната 18 м2 с одной наружной стеной и окном, а также потолками до 3 м, будет иметь примерные теплопотери 1800 Вт. Данный показатель справедлив для расчета теплого пола в помещениях многоквартирного дома, построенного в умеренной климатической зоне. А вот для частного дома его уже придется увеличить в 1,2-1,5 раза. Также увеличиваются значения теплопотерь, если установлены большие окна, комната угловая, тонкие стены и т.д.
Удельная теплоотдача теплого пола должна находиться в определенных пределах. Ведь его перегрев приводит к дискомфорту жильцов, разрушению строительно-отделочных материалов. Так, максимальная температура поверхности напольного покрытия (tf, 0С) рекомендуется:
- + 29°С – для жилых помещений (спальни, гостиной, кабинета);
- + 33°С – для помещений с повышенной влажностью (санузла, кухни);
- + 35°С – для участков возле внешних стен.
Табличный подбор шага укладки трубопроводов
Зная плотность эффективного потока тепловой энергии (g, Вт/м2), тип используемого покрытия (его сопротивление теплопередаче – Rw, м2*ОС/ Вт или м2*К/Вт), рекомендуемую температуру поверхности пола для данного помещения (tf, 0С), а также градиент рабочих температур теплоносителя (tz/tp, 0С/0С), можно по таблицам 1-3 подобрать шаг трубы (b, м).
Таблица 1.
Таблица 2.
Таблица 3.
Вычисляем количество и диаметр трубопроводов
Расчет длины трубы для теплого пола выполняем по формуле:
L=(F/M)*1,1+2*N, где
- L – искомая длина трубопровода, м;
- F – полезная площадь пола отапливаемого помещения, м2;
- b – шаг (частота прокладки) витков, м;
- N – расстояние от коллектора, расположенного на стене, до уровня пола, м;
- 1,1 – коэффициент запаса труб на повороты.
Расход трубы также можно прикинуть, воспользовавшись таблицей 4.
Таблица 4.
| Шаг, мм | Расход трубы, м/м2 |
| 100 | 10 |
| 150 | 6,7 |
| 200 | 5 |
| 250 | 4 |
| 300 | 3,4 |
Профессиональный расчет теплого водяного пола также включает подбор внутреннего диаметра (D, м) трубопроводов. Он должен соответствовать целому ряду параметров таким, как гидравлическое сопротивление системы, техническим возможностям циркуляционного насоса, требуемым для прокачки объемам теплоносителя и другим. Тем не менее, практически для любой небольшой индивидуальной тепловой установки обогрева полов, можно смело брать, например, металлопластиковую трубу Ø 16 мм, у которой внутренний Ø 12 мм. При этом следует учитывать, что рекомендуемая длина отопительного контура в этом случае не должна превышать 100 м (максимум 120 м). Если же расчет трубы для теплого пола требует большего её метража, то тогда контур необходимо разбить на два и более.
Помимо металлопластика подойдут: медь, ПВХ, сшитый полиэтилен. Они обладают схожими гидравлическими параметрами, поэтому их диаметры подбираются аналогично.
Расчет электрического теплого пола
Основой для расчета электрического теплого пола является полезная площадь помещения, которая будет использована для установки нагревательных элементов. Для того чтобы ее определить следует на лист бумаги (лучше использовать с миллиметровой разметкой) нанести общий план комнаты, а также отметить расположение стационарной мебели в масштабе. Ниже представлен подобный примерный план с размещением стационарной и передвижной мебели, а также элементов электрического ТП.
Для электрического теплого пола существует правило. Если он используется в качестве комфортного обогрева, то им достаточно покрыть 50% площади. Если его планируется использовать в качестве основного отопления, то площадь пола, выполняющая функцию обогрева, должна составлять не менее 70-80%.
Рассмотрим, как рассчитать электрический теплый пол для оборудования различных типов:
- резистивного кабеля (одинаковый способ расчета для одно- и двухпроводного);
- электрических матов;
- инфракрасного пленочного нагревателя;
- стержневого инфракрасного нагревателя.
Основные расчетные показатели
Любое проектирование теплого пола основывается на главных расчетных показателях электрических систем независимо от типа нагревательного элемента. К ним относятся установленная и удельная мощность:
- установленная мощность (Вт), в случае если электрический тёплый пол используется в качестве основного источника нагрева, должна полностью перекрывать величину теплопотерь помещения. Кроме того, рекомендуется разработка ТП с запасом не менее 25-30% (в зависимости от качества утепления помещения);
- удельная мощность (Вт/м2) рассчитывается, как отношение установленной мощности к площади обогрева помещения – РУД=РУСТ/SОБОГ.
Таблица 5. Нормативы соотношения удельной мощности электрического тёплого пола для помещений определенного назначения и погонной мощности нагревательного кабеля.
Теплый пол: расчет резистивного греющего кабеля
Обычный не зональный резистивный греющий кабель нельзя разрезать на куски. Следовательно, необходимо подбирать уже готовую его модель для каждого конкретного помещения. К примеру, кухня имеет площадь 12 м2, но с учетом расставленной мебели полезная площадь пола, которую можно использовать для нагрева, сокращается до 9м2. Берем данные из таблицы 5 и видим, что удельная мощность электрического тёплого пола для помещения этого типа составляет 100-150 Вт/м2. Следовательно, принимаем усредненное значение 130 Вт/м2.
Осуществляем расчёт мощности теплого пола по формуле Руст=130*9=1170 Вт. В обязательном порядке сверяем полученное значение с теплопотерями помещения (Q), нахождение которых объяснялось в разделе «Проектируем водяной теплый пол». Установленная мощность должна быть выше теплопотерь не менее чем на 30%. Следовательно, Руст = 1521 Вт.
Далее обращаемся к таблице погонной мощности резистивного кабеля выбранного производителя, например, DEVI (табл. 6).
Таблица 6. Модельный ряд резистивных кабелей DEVITLEX.
Из таблицы выбираем подходящую нам модель изделия – DSIG 20 длиной 91 м.
Осуществляем расчет шага укладки кабеля по формуле:
H=S*100/L, где
- H – шаг укладки, см;
- S – площадь помещения, м2;
- L – длина кабеля, м.
Подставляем данные и получаем: Н=9×100/91=9,89 см. Округляем до 10 см.
Для упрощения инсталляции кабеля, как правило, используется специальная монтажная лента с шагом крепежей 2,5 см. Она идеально подходит для наших учетных данных.
Важно! У «топовых» производителей комплектов для электроподогрева напольных покрытий на официальных сайтах размещены пользовательские он-лайн калькуляторы. С их помощью можно выполнить быстрый упрощенный расчет электрического теплого пола, тем самым облегчив себе нахождение требуемого количества кабеля.
Греющий мат
Греющие маты являются разновидностью системы из резистивных кабелей. Для простоты укладки они уже прикреплены к армирующей сетке. Часто, маты используются в качестве дополнительного источника отопления обогрева «комфорт», например на той же кухне. Поэтому подобная система может рассчитываться по пониженной удельной мощности РУД=100 Вт/м2, тогда РУСТ=900 Вт (без коэффициента запаса принятого для полноценного рабочего отопления). Из таблицы 7 моделей продукции того же производителя выбираем модель греющего мата – DTVF 20 длиной 20 м, которую рекомендуется укладывать на площади до 10 м2, что полностью нам подходит.
Таблица 7. Нагревательные маты DEVI.
Существует множество способов укладки греющих матов, при этом для их кабелей не требуется выполнять расчёт шага, так как резистивный элемент уже закреплен на армирующей сетке. Если помещение имеет сложную конфигурацию либо расстановка мебели требует расположение нагревателей под углами или радиально, особых проблем с монтажом также не предвидится. Его некоторые варианты представлены на рисунке ниже.
ИК пленочный теплый пол
Рассчитать теплый пол пленочного инфракрасного (ИК) типа можно исходя из площади обогреваемого помещения. Принимаются во внимание все уже вышеописанные принципы, касающиеся теплопотерь и назначения обустраиваемого обогрева – рабочего или комфортного. Дальше остается лишь подбирать требуемую по теплопроизводительности продукцию, ориентируясь на её техническое описание.
Однако, выполняя расчёт мощности теплого пола ИК типа следует придерживаться следующих правил:
- Греющую пленку необходимо устанавливать только на свободные от мебели места.
- Минимально необходимая дистанция от нагревательного элемента до внешних и внутренних стен составляет 200м.
- Укладка большинства моделей пленочных полов осуществляется только сухим способом под ламинат, ковролин или линолеум (напольные покрытия должны иметь маркировку пригодности использования для тёплых полов).
- Под бетонную стяжку или плиточный клей рекомендуется применение специальных ИК плёнок с перфорацией и усиленными характеристиками электробезопасности.
- Допускается раскраивать нагревательную пленку только с определенным шагом. В расчетах также следует учитывать, что ее невозможно расположить под углом, как нагревательный мат.
Важно! В обязательном порядке создается раскладка теплого пола, учитывающая план установки стационарной мебели и расположения нагревательных элементов. ИК пленочные системы особенно чувствительны к локальному перегреву в местах затрудненного теплоотвода.
Расчет стержневого теплого пола
Стержневой ИК теплый пол относится к саморегулирующемуся типу, поэтому его расчет, как и укладка, заметно упрощаются по сравнению с ИК пленкой. Ведь его можно устанавливать по всей площади помещения, отрезая куски нагревательного мата в соответствие с геометрическими параметрами помещения.
Выбор дорогих стержневых систем оправдан, если в будущем предполагается частая перестановка мебели либо иных массивных предметов. В случае повышении температуры напольного покрытия, на этом локальном участке мощность, потребляемая отдельным нагревательным элементом, снижается до 1,5 раз.
Расчёт мощности стержневой ИК системы осуществляется с учетом того, что обогреваемая площадь соответствует общей площади помещения. Следовательно, теплоотдача теплого пола ориентируется исключительно на тепловые потери комнаты. Выбрав у производителя перечень моделей с соответствующей удельной мощностью, необходимо осуществить расчет матов по длине. Ширина мата имеет стандартное значение для всего модельного ряда. Определив площадь помещения, а также зная необходимые допуски при размещении нагревателей – 15 см до стены, 10 см между матами (данные параметры могут незначительно изменяться в зависимости от рекомендации производителя), можно вычислить длину мата и выполнить подбор его модели.
Заключение
Производители предлагают множество он-лайн калькуляторов и программ расчета теплого пола, которые значительно облегчают его проектирование. Собранные на основе их рекомендаций греющие системы, безусловно, обеспечат необходимый уровень отопления, но сделают это с большим запасом. Напротив, ручной расчет, учитывающий множество индивидуальных особенностей проектируемой тепловой установки, а также принимающий разумные запасы по производительности, позволит сэкономить на закупках оборудования для монтажа теплого пола.
