Как самостоятельно выполнить расчеты для монтажа теплого пола?

Исходные данные

Для монтажа теплого пола в помещении применяют металлопластиковые трубы диаметрами 16х2 мм, 18х2 мм, 20х2 мм. Изделия только этого вида, да еще стальные, могут выдерживать вес бетонной стяжки и рабочих нагрузок на пол комнаты. Ветви системы отопления из металла использовать нецелесообразно, так как они быстро приходят в негодность, а работы по монтажу обойдутся весьма дорого. Укладка труб происходит в виде спирали или змеевика с определенным интервалом между соседними витками трубопровода. Величина интервала лежит в пределах 100-350 мм, но ее следует определить расчетом, как и длину трубы.

Рисунок 1. Номограмма определения удельной теплоотдачи теплого пола с синтетическим покрытием.

Для обеспечения комфорта температура поверхности пола в комнате, в которой постоянно находятся люди, не должна быть выше 26⁰С. Перед тем как рассчитать теплый водяной пол, нужно знать потери тепла в каждом помещении, которые определяются заблаговременно.

Расчетные значения температуры теплоносителя отличаются от традиционных систем отопления, чтобы поверхность не была горячей, это очень некомфортно для людей. В процессе вычислений теплого пола подбирается подходящий температурный график из диапазона: 40/30⁰С, 45/35⁰С, 50/40⁰С, 55/45⁰С.

Если в результате расчета длина трубы на отопление 1 комнаты превышает 100 м, то придется разделить площадь пола пополам и отапливать его двумя контурами. Величину диаметра трубопровода определяют способом подстановки значений, указанных выше, и проверяют расчетом. Сопротивление 1 контура напольного отопления не должно превышать 20 кПа.

Инструкция

Зная общие теплопотери ограждающими конструкциями помещения, вначале следует отнять от этого значения величину потерь через полы, поскольку при устройстве теплого пола их не будет. Полученную величину Q (Вт) надо разделить на площадь комнаты F (м2) для того, чтобы узнать удельную теплоотдачу, которую должна обеспечивать система водяного пола q (Вт/м2):

q=Q/F.

Рисунок 2. Номограмма определения удельной теплоотдачи теплого пола с ковровым покрытием или паркетом.

Дальше расчет выполняется графическим способом по номограммам, представленным на рис. 1, 2, 3. Следует выбрать ту номограмму, которая соответствует вашему напольному покрытию. Взяв получившееся значение q, откладываемое с левой стороны графика, нужно определить температуру поверхности пола, которая обеспечит необходимое поступление тепла в помещение. Например, если удельная теплоотдача должна составлять 99 Вт/м2, а покрытие синтетическое (линолеум), то по номограмме на рис. 1 необходимая температура поверхности – +29⁰С, что неприемлемо.

Тогда по той же номограмме принимается максимально допустимая температура – +26⁰С. Если от этого значения (располагается на правой шкале графика) вести горизонтальную линию, то она пересечет несколько диагональных графиков, отражающих интервал укладки труб теплого пола. Подбирается оптимальное значение, в данном примере подойдет 0,2 м. От места пересечения горизонтальной линии температуры и диагонального графика интервала укладки проводится вертикальная линия вниз. Она укажет на величину средней разности температур, в приведенном примере она составит 21⁰С. Дойдя по горизонтальной линии до самого конца, можно выяснить реальную удельную теплоотдачу контура отопления, здесь получится 68 Вт/м2.

Теперь можно рассчитать параметры теплоносителя для системы. Определяется его средняя расчетная температура:

t_т=∆t_ср+t_пом.

В этой формуле:

Рисунок 3. Номограмма определения удельной теплоотдачи теплого пола с толстым ковровым покрытием или толстым паркетом.

• t_т – средняя расчетная температура воды в системе, ⁰С;
• ∆t_ср – средняя разница температур, определенная ранее по номограмме, ⁰С;
• t_пом – необходимая температура воздуха в помещении, ⁰С.

Если подставить те же цифры из рассматриваемого примера и принять значение температуры в комнате равным 20⁰С, результат будет – +41⁰С. Ранее были указаны стандартные температурные графики, которые следует принимать для теплого пола, под результат примера методом подбора определен график 45/35⁰С.

Поскольку температура поверхности была принята меньше требуемой для отопления комнаты, нужно вычислить, какова разница между потоком, который будет поступать от теплого пола, и необходимым изначально количеством теплоты для компенсации потерь через наружные ограждения. Для этого нужно площадь помещения умножить на удельную теплоотдачу от контура напольного отопления:

Q_п=F×q_п.

Если для примера принять значение площади равным 40 м2, то величина теплового потока будет:

68 Вт/м2х40 м2=2720 Вт.

Изначальная же расчетная величина q составляла 99 Вт/м2, а общая – 3960 Вт, разница – 1240 Вт. Это недостающее количество теплоты надо подать в комнату другим, традиционным способом отопления, то есть радиаторами.

Определив расчетный температурный график подачи теплоносителя (в примере – 45/35⁰С), интервал укладки трубопроводов отопительного контура (в примере принят 0,2 м), надо рассчитать протяженность трубы:

Схема подключения теплого пола.

L=F/a, где:

• L – длина трубы, м;
• а – интервал ее укладки, м;
• F – площадь поверхности теплого пола, м2.

В примере: 40 м2/0,2 м=200 м. К этой протяженности необходимо прибавить длину труб, которые идут до помещения от распределителя, здесь для примера пусть будет 10 м. Получилось 210 м, что является слишком большим контуром, который будет иметь очень высокое гидравлическое сопротивление. Нужно разделить систему на 2 контура, тогда длина трубы составит 105 м, это максимально допустимое значение. Другой вариант – пересмотреть интервал укладки, увеличить его, тогда материала трубы понадобится меньше, но и отдача теплого пола станет ниже. В результате придется наращивать мощность радиаторов.

Расчет мощности теплого водяного пола

Перед расчётом тёплого водяного пола следует обратить внимание на следующие параметры:

• площадь помещения;
• характеристики помещения (желаемая температура, материал стен, конструкция окон);
• вид напольного покрытия, то есть из чего будет сделан пол. Так, при покрытии пола из цельной доски, требуется более высокая степень обогрева помещения.
• мощность котла, насоса, диаметр труб.

Расчёт тёплого водяного пола включает в себя несколько этапов.

1. Необходимо нарисовать план помещения на листе бумаги, лучше на миллиметровой, задав масштаб. В плане должны быть отображены расположения окон и дверей.
2. Расчёт шага труб (определённого промежутка между трубами при укладке), их расположения и диаметра.

неравномерноне должна быть выше 30 градусов.

Контур труб при укладывании должен быть в пределах 80−90 метров. Чем длиннее труба, тем больше гидравлическое сопротивление. При увеличении длины трубы и большом количестве поворотов сопротивление будет возрастать. Площадь обогрева не должна превышать 20 м². Если помещение имеет большую площадь, то тогда его надо разделить пополам и сделать два контура, или разделить на три и более контуров. Когда известно количество контуров, то тогда покупается коллектор с определённым количеством отводов. Лучший вариант — это коллектор с регулировочными клапанами, которые помогают изменять температуру, а значит регулировать подачу теплоносителя в каждый контур.

Величина гидравлического сопротивления должна быть одинакова в каждом контуре, который подключен к распределительному коллектору. Для разных помещений (балкон, веранда) необходимы независимые контуры. Эти помещения должны отапливаться отдельно, потому что на их обогрев уходит много тепла.

От шага труб зависит равномерное распределение тепла и необходимая длина труб. Средний расход труб составляет 5 погонных метров на 1 м² площади помещения, если расстояние между витками 20−30 см. То есть нужно около 100 м трубы для помещения площадью 20 м².

Чтобы достигнуть теплоотдачи в 50 Вт на квадратный метр, шаг труб с теплоносителем должен быть 30 см.Когда теплоотдача повышается до 80 Вт, тогда шаг должен уменьшаться до 20 см. Если повышаются размеры промежутков между трубами, то в таком случае рекомендуется повышать температуру теплоносителя

При размещении труб отопления тёплого водяного пола на плане не стоит забывать про основные места тепловых потерь, которыми являются окна и двери. Труба, отходящая от стояка, должна проходить вдоль окна. Расстояние от труб до стен должно составлять 20−25 см, но не меньше 8−10 см. Расстояние между трубами зависит от диаметра труб. По чертежу и контуру труб рассчитывается количество труб, необходимое для укладки. Дополнительно надо добавить два метра для подводки трубы к стояку.

Особенности расчета тепловых нагрузок

Расчетные величины температуры и влажности воздуха в помещениях и коэффициенты теплопередачи можно узнать из специальной литературы или из технической документации, прилагаемой производителями к своей продукции, в том числе и к теплоагрегатам.

Стандартная методика расчета тепловой нагрузки здания для обеспечения его эффективного обогрева включает последовательное определение максимального потока тепла от обогревательных приборов (радиаторов отопления), максимального расхода тепловой энергии в час (прочитайте: «Годовой расход тепла на отопление загородного дома «). Также требуется знать общий расход тепловой мощности в течение определенного периода времени, например, за отопительный сезон.

Расчет тепловых нагрузок, в котором учитывается площадь поверхности приборов, участвующих в тепловом обмене, применяют для разных объектов недвижимости. Такой вариант вычислений позволяет максимально правильно рассчитать параметры системы, которая обеспечит эффективный обогрев, а также произвести энергетическое обследование домов и зданий. Это идеальный способ определить параметры дежурного теплоснабжения промышленного объекта, подразумевающего снижение температуры в нерабочие часы.

Выбор типа электрического теплого пола

Чтобы правильно рассчитать теплый пол и его стоимость, нужно определиться с видом нагревательного элемента. Сегодня укладку системы обогрева воздушных масс в помещении снизу выполняют с помощью:

• резистивных одножильных кабелей — доступный в цене, надежный и долговечный вариант, но неудобный в укладке;
• резистивных двухжильных кабелей — более простой в монтаже вариант греющего изделия;
• саморегулирующийся кабель — безопасный, надежный, простой в укладке и экономящий электроэнергию вариант нагревательного изделия, но его стоимость выше предыдущих двух. В 36% случаев расчет электрического теплого пола выполняют с учетом применения именно этого вида теплоносителя;
• нагревательные маты — простая и быстрая укладка, прихотливость в эксплуатации;
• пленочный и стержневой инфракрасный нагревательный элемент — современные и безопасные варианты изделий.

Не стоит сбрасывать со счетов и водяной теплоноситель. Если вы хотели знать, как рассчитать мощность теплого водяного пола, принцип расчета не изменится.

Воздушные теплообменники

Один из самых распространённых на сегодняшний день теплообменных аппаратов – это трубчатые оребрённые теплообменники. Их ещё называют змеевиками. Где их только не устанавливают, начиная от фанкойлов (от англ. fan + coil, т.е. «вентилятор» + «змеевик») во внутренних блоках сплит-систем и заканчивая гигантскими рекуператорами дымовых газов (отбор теплоты от горячего дымового газа и передача его на нужды отопления) в котельных установках на ТЭЦ. Вот почему расчет змеевикового теплообменника зависит от того применения, куда этот теплообменник пойдёт в эксплуатацию. Промышленные воздухоохладители (ВОПы), устанавливаемые в камерах шоковой заморозки мяса, в морозильных камерах низких температур и на других объектах пищевого холодоснабжения, требуют определённых конструктивных особенностей в своём исполнении. Расстояния между ламелями (оребрением) должно быть максимальным, для увеличения времени непрерывной работы между циклами оттайки. Испарители для ЦОДов (центров обработки данных), наоборот, делают как можно более компактными, зажимая межламельные расстояния до минимума. Такие теплообменники работают в «чистых зонах», окруженные фильтрами тонкой очистки (вплоть до класса HEPA), поэтому такой расчет трубчатого теплообменника проводят с упором на минимизацию габаритов.

Определение желаемой температуры в комнатах

Определение желаемой температуры в комнатах

Тут всё просто. Есть рекомендованные значения, на которые следует ориентироваться, или можно придумать свои. Следует учитывать также и свойства напольного покрытия.

Обычно считается, что в жилых комнатах пол должен иметь температуру 29 C°, а на расстоянии 50 см от наружных стен — 35 C°. В комнатах с высокой влажностью потребуется нагреть его до 33 C°. Деревянный паркет, который может покоробиться от перегрева, не допускает нагревания пола выше 27 C°, а ковролин, имеющий свойство задерживать тепло, позволяет поднять температуру на 4-5 градусов.

Расчет метража кабеля и шага укладки

Чтобы определить длину греющего проводника, необходимо учесть некоторые особенности:

• производители предлагают кабели фиксированного метража, обладающие разной мощностью (от 9 до 20 Вт на 1 погонный метр);
• чтобы нагреватель мог отдавать тепло и не перегорел в полу, контур нельзя прокладывать под стационарной мебелью и техникой без ножек;
• для укладки в ванной или на балконе кабельный проводник берется с запасом 15—20%.

Схема укладки резистивного кабеля в ванной

Выяснив потребность в тепловой энергии на обогрев конкретного помещения, сделайте расчет электрического теплого пола согласно инструкции:

1. Подберите по каталогу кабель, ориентируясь на полученную ранее тепловую мощность и добавляя запас 15%. Запишите общую длину проводника.
2. Нарисуйте на бумаге план комнаты в масштабе.
3. Расположите на эскизе мебель и бытовую технику, вплотную прилегающую к полу и мешающую нормальному теплообмену. Соблюдайте реальные габариты шкафов, стиральных машин и прочего оборудования.
4. Отнимите от общей квадратуры площадь, занимаемую мебелью. Задача – разместить на свободном участке выбранный по каталогу греющий проводник.
5. Разделите остаток площади на длину кабельного нагревателя – получите шаг укладки в метрах.

Правила раскладки в жилых и вспомогательных помещениях отличаются. Например, в гостиной или спальне первая греющая линия отодвигается от мебели на расстояние 10 см. В ванной либо на балконе кабель укладывается вплотную к шкафам и сантехнике, чтобы ноги не ощущали перепада температур на полу. Указанный нюанс обязательно учитывайте при планировании. Подробнее расскажет специалист на видео:

Поскольку нагревательные маты продаются полосами сетки (рулонами), шаг прокладки считать не придется. Но учтите другой момент: теплоотдача 1 м² мата ограничена, увеличить мощность нельзя. А вот снизить – без проблем, достаточно разрезать сетку между проводниками и раздвинуть кабели.

Пример расчета теплого электрического пола в спальне 18 м² с потреблением тепла 2,16 кВт:

1. Поскольку кабельный нагрев планируется совместить с радиаторной системой, тепловая мощность делится пополам – 2,16 / 2 = 1,08 кВт приходится на половой контур.
2. Подбираем двухжильный кабель DEVIsafe 20T удельной мощностью 20 Вт/м. С учетом запаса берем готовый проводник длиной 60 м с теплоотдачей 1,2 кВт.
3. Стационарная мебель занимает 3 м² площади спальни. Остается 15 м², тогда шаг укладки составит 15 / 60 = 0,25 м.

Возможные схемы раскладки кабельных контуров

Трубопровод теплого пола

Расчет длины трубы теплого водяного пола основывается на том факторе, что максимальная длина любого участка не может быть больше, чем 80-100 м.

Схема укладки труб теплого пола и необходимые расчеты

Не следует упускать из внимания и длину шага укладки. В среднем она составляет 150 мм, но может и уменьшаться до 100 мм, что характерно для более прохладных условий. Саму трубу следует размещать на расстоянии 150-250 мм от стенок помещения.

Таблица расхода трубы теплого пола

Для расчета общей продолжительности трубы, предназначенной для отдельного контура, используется следующая формула:

L = S / N * 1.1,

где S – площадь, которую предстоит покрыть данным контуром, N – длина шага укладки, 1.1 – показатель коэффициента, который показывает запас требуемый на изгибы.

Также к этому значению следует прибавлять параметры длины трубы, которые требуются для монтажа линии подачи, а также для создания обратной ветки к коллектору.

Прокладывание труб для теплого пола

Для создания водяного теплого пола также потребуются следующие материалы:

• рулонная гидроизоляция – количество данного материала определяется путем вычисления площади пола с запасом в 10%, который потребуется для перекрытия стыков;
• утеплитель в виде пенополистирола — используется 5 % для подгонки и обрезки;
• лента демпферная – укладывается по периметру комнаты, а также в местах стыка;
• сетка арматурная – количество сетки равняется площади помещения, которая увеличена в 1,4 раза;
• бетон – зависит от предполагаемой толщины стяжки.

Чтобы расчеты были выполнены с максимальной точностью, следует обращаться за помощью к специалистам либо использовать специальную программу, которая называется VALTEC.PRG. Она предназначена для расчета основных параметров различных инженерных систем.

Автоматизация процесса расчетов системы теплого пола

Советы и рекомендации

Существует ряд рекомендаций, которые помогут правильно спланировать обустройство теплого водяного пола в вашем доме. Данные факторы стоит учитывать как при проведении расчетов, так и при монтаже уже спроектированной системы отопления. Это поможет добиться высокого качества работы пола и полноценного обогрева помещений.

К расчетам стоит относиться максимально внимательно. В тех случаях, когда теплые полы выступают в роли дополнительного источника обогрева, допускается приблизительный расчет. Но если пол – это главный элемент системы отопления, то ошибок в цифрах быть не может. Любые погрешности можно будет исправить, только демонтируя стяжку, что повлечет за собой трату денег, а также разрушение внутренней отделки комнат.

• Существует ряд средних показателей температуры пола в разных помещениях дома. Так, для жилых комнат подходит температура в 29 градусов тепла, для ванных комнат и иных помещений с высоким уровнем влажности – 33 градуса. Около наружных стен без утепления оптимальной температурой будут 35 градусов.
• Если планируется обогрев старого дома, лучше отказаться от идеи установки теплого пола как основного источника отопления. Это влечет за собой увеличение потребления электроэнергии, а значит, и расходы на коммунальные услуги, но эффективность работы системы будет невелика.
• Как было сказано выше, помещение большой площади обогревается несколькими контурами. После определения их количества необходимо приобретение коллектора с отводами. Наиболее подходящим вариантом станет прибор с клапанами регулировки. Они помогают менять уровень температуры и контролировать подачу теплоносителя по контурам.

• Теплоизоляция пола очень важна, так как иначе будет высок уровень потери тепла. Для качественной теплоизоляции лучше всего использовать такие материалы, как стекловата, пенополистирол, минеральная вата. Слой зависит от того, какое помещение находится внизу. Если снизу есть источник отопления, то достаточно лишь нескольких сантиметров толщины слоя, если же нижнее помещение не отапливается, то теплоизоляция укладывается слоем до 25 см.
• Обрезка труб производится только перед непосредственным подключением к насосу.
• При установке такого типа отопления в квартире, расположенной в многоквартирном доме, запрещено осуществлять подключение к централизованной магистрали. Это может вызвать резкий сброс давления по всей длине стояка. Подключать теплые полы в многоэтажных домах можно только при условии наличия отдельных стояков для подключения.

• Схема укладки труб может меняться только в процессе проектирования. При монтаже пола она остается неизменной.
• Компоненты системы должны размещаться и подключаться последовательно, иначе не гарантирована ее герметичность. Грамотный подход к работе позволяет минимизировать финансовые затраты как при составлении проекта и проведении процесса установки, так и при дальнейшей эксплуатации.

В случае если вы хотите быть уверенным в точности расчета, но не имеете желания переплачивать за монтаж, вы можете заказать подготовку расчетов без проведения работ. Специалисты также проконсультируют вас по подбору подходящих материалов и технологий монтажа, который вы сможете осуществить своими руками.

Определение количества радиаторов для однотрубных систем

Есть еще один очень важный момент: все вышеизложенное справедливо для двухтрубной системы отопления. когда на вход каждого из радиаторов поступает теплоноситель с одинаковой температурой. Однотрубная система считается намного сложнее: там на каждый последующий отопительный прибор вода поступает все более холодная. И если хотите рассчитать количество радиаторов для однотрубной системы, нужно каждый раз пересчитывать температуру, а это сложно и долго. Какой выход? Одна из возможностей — определить мощность радиаторов как для двухтрубной системы, а потом пропорционально падению тепловой мощности добавлять секции для увеличения теплоотдачи батареи в целом.

В однотрубной системе вода на каждый радиатор поступает все более холодная

Поясним на примере. На схеме изображена однотрубная система отопления с шестью радиаторами. Количество батарей определили для двухтрубной разводки. Теперь нужно внести корректировку. Для первого отопительного прибора все остается по-прежнему. На второй поступает уже теплоноситель с меньшей температурой. Определяем % падения мощности и на соответствующее значение увеличиваем количество секций. На картинке получается так: 15кВт-3кВт=12кВт. Находим процентное соотношение: падение температуры составляет 20%. Соответственно для компенсации увеличиваем количество радиаторов: если нужно было 8шт, будет на 20% больше — 9 или 10шт. Вот тут и пригодится вам знание помещения: если это спальня или детская, округлите в большую сторону, если гостиная или другое подобное помещение, округляете в меньшую

Принимаете во внимание и расположение относительно сторон света: в северных округляете в большую, в южных — в меньшую

В однотрубных системах нужно в расположенных дальше по ветке радиаторах добавлять секции

Этот метод явно не идеален: ведь получится, что последняя в ветке батарея должна будет иметь просто огромные размеры: судя по схеме на ее вход подается теплоноситель с удельной теплоемкостью равной ее мощности, а снять все 100% на практике нереально. Потому обычно при определении мощности котла для однотрубных систем берут некоторый запас, ставят запорную арматуру и подключают радиаторы через байпас, чтобы можно было отрегулировать теплоотдачу, и таким образом компенсировать падение температуры теплоносителя. Из всего этого следует одно: количество или/и размеры радиаторов в однотрубной системе нужно увеличивать, и по мере удаления от начала ветки ставить все больше секций.

Приблизительный расчет количества секций радиаторов отопления дело несложное и быстрое. А вот уточнение в зависимости от всех особенностей помещений, размеров, типа подключения и расположения требует внимания и времени. Зато вы точно сможете определиться с количеством отопительных приборов для создания комфортной атмосферы зимой.

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.