Расчёт параметров труб для теплого водяного пола

Теплый пол расчет мощности

На определение необходимой мощности теплого пола в помещении влияет показатель теплопотерь, для точного определения которых потребуется произвести сложный теплотехнический подсчет по особой методике.

• При этом учитываются следующие факторы:
• площадь обогреваемой поверхности, общая площадь помещения;
• площадь, тип остекления;
• наличие, площадь, тип, толщина, материал и термическое сопротивление стен и иных ограждающих конструкций;
• уровень проникновения солнечных лучей в помещение;
• наличие иных источников тепла, в том числе учитывается тепло, источаемое оборудованием, различными приборами и людьми.

Методика выполнения подобных точных расчетов требует глубоких теоретических знаний и опыта, а потому теплотехнический расчет лучше доверить специалистам.

Ведь только они знают, как рассчитать мощность теплого пола водяного с наименьшей погрешностью и оптимальными параметрами

Особенно это важно при проектировании обогреваемого встроенного отопления в помещениях большой площадью с большой высотой

Укладка и эффективная эксплуатация водяного обогреваемого пола возможна лишь в помещениях с уровнем теплопотерь менее 100 Вт/м². Если теплопотери выше, необходимо принять меры по утеплению помещения с целью снижения потерь тепла.

Однако если проектный инженерный расчет стоит немалых денег, в случае с небольшими помещениями приблизительные расчеты можно провести самостоятельно, приняв 100 Вт/м² за усредненную величину и отправную точку в дальнейших расчетах.

1. При этом для частного дома принято корректировать усредненный показатель потерь тепла исходя из общей площади строения:
2. 120 Вт/м² – при площади дома до 150 м²;
3. 100 Вт/м² – при площади 150-300 м²;
4. 90 Вт/м² – при площади 300-500 м².

Нагрузка на систему

• На то, какая будет мощность водяного теплого пола на квадратный метр, влияют такие параметры, создающие нагрузку на систему, определяющие гидравлическое сопротивление и уровень теплоотдачи, как:
• материал, из которого изготовлены трубы;
• схема укладки контуров;
• длина каждого контура;
• диаметр;
• расстояние между нитками труб.

Характеристика:

Трубы могут быть медными (отличаются наилучшими теплотехническими и эксплуатационными характеристиками, однако обходятся не дешево и требуют специальных навыков, а также инструмента).

Основных схем укладки контура два: змейкой и улиткой. Первый вариант наиболее прост, но менее эффективен, так как дает неравномерный нагрев пола. Второй более сложен в реализации, но эффективность прогрева на порядок выше.

Площадь, отапливаемая одним контуром, не должна превышать 20 м². Если отапливаемая площадь больше, то целесообразно трубопровод разбить на 2 или более контуров, подключив их к распредколлектору с возможностью регулирования нагрева участков пола.

Общая длина труб одного контура должна быть не больше 90 м. При этом, чем больший выбран диаметр, тем больше расстояние между нитками труб. Как правило, не применяются трубы с диаметром более 16 мм.

Каждый параметр имеет свои коэффициенты для дальнейших расчетов, посмотреть которые можно в справочниках.

Расчет мощности теплоотдачи: калькулятор

Чтобы определить мощность водяного пола, необходимо найти произведение общей площади помещения (м²), разницы температур подачи и обратно поступающей жидкости, и коэффициентами, зависящими от материала труб, напольного покрытия (дерево, линолеум, плитка и т.д.), других элементов системы.

Мощность водяного теплого пола на 1 м², или теплоотдача, не должна превышать уровень теплопотерь, однако не более чем на 25%. В случае слишком малого или слишком большого значения, необходимо произвести перерасчет, выбрав иной диаметр труб и расстояние между нитями контура.

Показатель мощности тем выше, чем больше диаметр выбранных труб, и тем ниже, чем больший шаг задан между нитками. Для экономии времени можно воспользоваться электронными калькуляторами расчета водяного пола или скачать специальную программу.

Как проводится расчёт длины теплоносителей

Расчёт длины трубопровода основывается на совмещении разных параметров:

• размер помещения;
• необходимая температура воздуха;
• температура на входе и выходе;
• расположение труб, расстояние между ними;
• вид финишного покрытия пола;
• толщина стяжки под системой и над ней;
• длина подводящей магистрали.

В некоторых случаях для калькуляции требуются дополнительные показатели. Наиболее важным является расположение теплоносителей в стяжке.

Существуют общие правила, на которые ориентируются мастера и любители.

1. Расстояние от стены до внешнего контура труб – 20-30 см.
2. Промежуток между трубами – 30 см (учитывается диаметр самого теплоносителя – 3 мм).
3. Расстояние от конца трубы до коллектора – примерно 40 см.

Включая данные показатели, рассчитывается максимальная длина контура водяного пола.

Показатели температуры

Температурный режим в теплоносителе влияет на размер трубопровода. Чтобы по полу комфортно было перемещаться, вода должна быть нагрета максимум на 60 градусов. Оптимальный нагрев самой поверхности зависит от назначения помещения:

• жилые – 29 градусов;
• проходные – 35 0 ;
• рабочие — 33 0 .

Для контроля и регулирования данного показателя устаналивают датчики. Их обычно 2: на входе и выходе из системы. Разница температур на этих приборах – не более 5 градусов.

При работе системы напольного обогрева вода циркулирует по трубам. Проходя по всему контуру, она охлаждается. Общая длина трубы влияет на скорость этого процесса.

Коллектор

Коллектор – главный элемент системы отопления пола, который служит её началом и концом. Эти устройства имеют 2 модификации: внутреннюю (монтируются в полу) и внешнюю (устанавливаются в помещении на стене). При расчёте длины контура водяного тёплого пола учитывают подведение теплоносителей к данному прибору.

Количество воды

Для создания водяного тёплого пола количество потребляемой жидкости является приоритетным показателем. Недостаток её приведёт к быстрому охлаждению системы и поверхности. Вариант калькуляции потребляемой воды может быть следующим:

• 20 м. кв – площадь помещения;
• 27 см – расстояние между трубами;
• 15 труб – количество основных деталей для создания змейки;
• 40 см – расстояние от трубы до коллектора.

При учёте данных показателей максимальная длина контура составит 51 метр. Это общие размеры всех деталей.

Если габариты помещения таковы, что максимальная длина труб превышает 100 м, водяной контур лучше не монтировать. Его эффективность будет низкой. Оптимальными считаются 70 м. При необходимости устройства тёплого пола на превышающей 100 м площади стоит создать 2 приблизительно одинаковых контура. Например, первый – 62,5 м, второй – 77,5.

Для трубопровода в 51 м потребуется 17,5 литров воды. Такое количество жидкости должно присутствовать в системе. Для её пополнения используется насос. Он заставляет воду циркулировать, способствуетвозмещению потерь от естественного испарения.

Монтаж

Чтобы установить ИК пленочный пол, надо выполнить ряд последовательных действий:

1. В первую очередь необходимо разработать проект и произвести все необходимые расчеты.
2. Обзавестись всеми нужными материалами и инструментами.
3. Произвести монтаж ИК пола.
4. Запустить систему и проверить функционирование.
5. Произвести чистовую отделку.

Расчёт площади

Главное отличительное свойство инфракрасного пленочного пола в том, что он не устанавливается под мебель. Поэтому производя расчет количества материала, которое потребуется и выбрав место размещения пленки, надо вычесть тот участок, где пленка не будет прокладываться.

Осуществляя расчет обогреваемой площади, учитывайте, что ИК пленка укладывается на расстоянии 100 мм и более к любой вертикальной поверхности.

Когда размер нужной площади выявлен, следующим шагом становится расчет мощности.

Расчет энергопотребления

Сумма затрачиваемых средств на отопление инфракрасным полом высчитывается, исходя из тарифа на электроэнергию в вашей местности.

Установка терморегулятора позволяет сократить расходы на ИК тёплый пол примерно на 35 %.

Расчет мощности

Если площадь помещения, которое планируется обогреваться пленочным полом, очень большая — для монтажа такой системы понадобится несколько комплектов ИК пленки. В такой ситуации нужно суммировать их мощность.

Использование нескольких комплектов ИК плёнки Pобщ = P1+P2+…+Pi Использование части комплекта Pобщ=1,10*L

где, Pобщ — общая мощность пленочного пола, Вт; P1…Pi — мощность отдельно взятого комплекта пленки, Вт; L — длина инфракрасной пленки, которая используется при монтаже, м; 1,10 — коэффициент пересчета мощности пленочного пола.

Расчет количества терморегуляторов

Главное предназначение терморегулятора для инфракрасного теплого пола — регулирование степени обогрева.

Если вы подключаете сразу несколько комплектов пленочного пола, то нужны сразу несколько термостатов , поскольку мощность, которую потребляет теплый пол, суммируется.

Устанавливать терморегулятор рекомендуется на высоте от 15-20 см, над уровнем чистового покрытия.

Терморегулятор лучше размещать на стене, которая перпендикулярна направлению расположения полос.

Выделяется два способа подключения:

1. Зонирование и подсоединение каждой зоны к отдельному термостату .
2. Подсоединить твердотельное реле или магнитный пускатель. Осуществлять такое подключение самостоятельно нельзя, здесь нужны знания и навыки электрика.

Как рассчитать водяной контур

Для начала нужно создать проект обогрева помещения, определить материал покрытия и температуру теплоносителя (около 55 °C). Для контроля распределения температуры устанавливаются два термометра – на входе, и на выходе теплоносителей. Разница в показаниях 5 — 10 °C говорит о правильности работы. Таким образом, температура основной зоны пола при правильно работающей системе обогрева не должна превышать 29 °C. А в санузлах и граничных зонах соответственно 35 и 33 °C.

Укладка труб

Для правильного монтажа труб используют следующие методы укладки: змейка (обычная, угловая или двойная) и улитка. Эффективнее будет комбинирование нескольких методов. К примеру, граничную зону уложить в форме змейки, а центральную — улиткой. Последнее больше подходит для объёмных помещений без геометрических изменений, а для сложных используется змейка.

Укладка труб производится с шагом, рассчитанным в проекте. Шаг укладки для граничных зон 10 см, а для основных может меняться в пределах от 15 до 30 см, но не более 30 см, это обусловлено чувствительностью перепада температур на участке пола.

Далее необходимо учитывать следующий момент, чем меньше шаг укладки, тем больше длина используемых труб. Посчитать, сколько метров трубы уйдет на метр квадратный пола, можно по формуле:

На практике в расчет по площади нужно добавить коэффициент 1,1 – запас длины на повороты, а также стоит прибавить длину участков до коллектора.

Максимальная длина контура

Длине петли прямопропорционально гидравлическое сопротивление и потери давления в контуре, которые обусловлены диаметром магистрали.  Установлено, что при понижении давления на 20 кПа (0,2 бар) от рабочего, приводит к эффекту запертой петли. В результате циркуляция теплоносителя через трубы станет невозможна.

На практике оптимальная длина одной петли будет:

• из трубы диаметром 16 мм получится контур не более 100 м;
• при диаметре 20 мм максимальная длина петли будет до 125 м;

Допустимая минимальная длина контура может быть любой, но стоит помнить, что для упрощения балансировки насоса следует нарезать петли примерно одинаковой протяженности.

Мощность насоса

Немаловажным элементом системы является насос. Для его выбора необходимо рассчитать какой теплосъем с каждого квадратного метра получается в соответствии с проектом, далее нужно это значение умножить на количество квадратных метров в помещении, и получим суммарное значение.

Мощность насоса определяется способностью качать через себя объем теплоносителя за определённое время. Теперь остаётся сравнить суммарное  значение с мощностью устанавливаемого насоса.

Преимущества и недостатки теплого пола как основного отопления

Главное достоинство – комфорт. Теплый пол под ногами создает ощущение тепла и уюта гораздо быстрее, чем горячий воздух комнаты. Есть и другие преимущества:

• Равномерный прогрев комнаты. Тепло идет от всей площади пола, в то время как батареи частично согревает стены и распространят тепло только на определенном участке.
• Работает система совершенно бесшумно.
• Так как нагревательные элементы заключены в стяжке, отопление меньше влияет на уровень влажности.
• Можно выбрать вариант с разной тепловой инерцией. Водяной пол медленно нагревается и остывает почти сутки. ИК-пленочный мгновенно нагревает поверхность пола и остывает так же быстро.
• Отопление водяным теплым полом обходится дешевле, чем радиаторами. Стоимость электрического отопления не так привлекательна.
• Монтируют системы на самых маленьких площадках, даже на лестничных ступенях.
• Батареи не украшают комнату и не вписываются в интерьер. Нагревательные элементы теплого пола скрыты от глаз.

Недостатки:

• Обустройство теплого пола – процесс трудоемкий и длительный. На базовое основание укладывают гидро-и теплоизоляцию. Потом размещают арматурную сетку или маты для укладки. Располагают трубки, выполняют подключение, заливают бетонную стяжку, кладут подложку и настилают чистовой пол. На это нужно время и деньги.
• Водяное напольное отопление отнимает не менее 10 см высоты, а электрическое – от 3 до 5 см.
• Ремонт очень сложен: при повреждениях необходимо снять покрытие, разбить стяжку, устранить дефекты и заново настелить пол.

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.

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.

Разновидности труб

Пол представляет собой соединение труб, подключенных к коллектору. Правильные замеры данных являются основой для расчета мощности работы теплового оборудования. Чтобы рассчитать расстояние между трубами и необходимую для укладки длину, стоит ознакомиться с основными видами конструкций и их особенностями. Для монтажа теплого водяного пола используются трубы, выполненные из следующих материалов:

• Сшитый полиэтилен. Этот материал сложен в установке и имеет довольно высокую стоимость. Однако он имеет и массу преимуществ, например, обладает свойством памяти, не подвергается коррозии, устойчив к температурным изменениям.
• Медь. Один из самых стойких материалов, характеризующихся высокой прочностью, устойчивостью к коррозии. Минус в том, что медь достаточно дорога, такие трубы сложны в установке.

• Металлопластик. Достоинства материала заключаются в его экономичности, прочности и безопасности, с точки зрения экологии.
• Полипропилен. Трубы из полипропилена отличаются невысокой стоимостью при высоких технологических характеристиках, включая низкую теплопроводность.

Для расчета необходимого количества труб требуется учитывать особенности укладки, которые сделают эксплуатацию максимально эффективной:

• средний диаметр трубы – 16 мм, а толщина стяжки – 6 см;
• средний шаг укладки в контурной спирали – 10–15 см;
• длина трубы в отопительном контуре не должна превышать 100 метров, при этом стоит учитывать, что труба должна выходить и входить в коллектор без разрывов;
• расстояние между трубой и стеной должно оставаться в пределах от 8 до 25 см;

• общая длина контура должна укладываться в 100 метров при общей площади в 20 м2;
• между длинами витков стоит соблюдать разницу, не превышающую 15 метров;
• минимальное допустимое давление внутри коллектора – 20 кПа;
• чем короче трубопровод, тем меньше необходимость в установке мощного насоса, так как снижается уровень падения давления;
• температура теплоносителя на входе не должна отличаться от температуры на выходе более чем на 5 градусов.

Выбор способа обогрева

Прежде чем приступить к дальнейшим вычислениям, нужно прояснить ряд моментов:

1. Электрические теплые полы планируется использовать в качестве самостоятельного источника тепла или предполагается совместная работа с системой водяного отопления?
2. Какой тип нагревателей планируется применять – резистивные кабели, маты, пленочные элементы либо углеродные стержни?
3. Хватает ли выделенного на здание лимита потребления электроэнергии.

Греющая кабельная система

Проектировать отопление только электрическими теплыми полами не рекомендуется по следующим причинам:

• стоимость электроэнергии довольно высокая, постоянный обогрев выльется в кругленькую сумму;
• чтобы отопить жилище, придется увеличить нагреватели теплого пола по мощности;
• температура напольного покрытия повысится до 30 °С, в комнате станет душно и некомфортно.

Контуры напольного отопления рекомендуется использовать совместно с радиаторной водяной системой, распределив нагрузку примерно 50 / 50. Подводящие трубы с теплоносителем несложно упрятать под покрытие в процессе монтажа теплых полов.

Маты — тот же кабель, закрепленный на полимерной сетке змейкой

Из перечисленных разновидностей нагревателей самые надежные – резистивные кабели и сделанные из них маты. Известный производитель кабельных систем Devi дает гарантию на работу изделий 50 лет при условии, что соблюдена технология монтажа. Греющие проводники допускается использовать непосредственно под напольным покрытием, муровать в стяжке либо в слое плиточного клея.

Пленочные нагреватели обойдутся дороже кабельных. Монолитить элементы в стяжку не рекомендуется – существует вероятность слабого прогрева. Саморегулирующиеся карбоновые стержни не отличаются надежностью – судя по отзывам пользователей, часть нагревателей быстро перегорает и мощность обогрева снижается.

Недостатки

При выборе водяного пола следует учесть теплопотери, которые не должны превосходить 100 Вт/м2. Чтобы уменьшить их, следует серьезно отнестись к теплоизоляции. Если теплопотери высоки, водяные полы лучше комбинировать с настенными радиаторами.

Сложности возникают там, где низкий потолок, поскольку над трубами стяжка обязана быть существенной по толщине, приходится поднимать пол на высоту приблизительно 10 см. И если ванная располагается над холодным подвалом – подъем достигает 15 см. Дополнительные затраты приходятся также на укрепление плит перекрытия и других несущих конструкций, а также на переустановку дверей.

Схема теплого пола

Пример приблизительного расчёта

Предположим, необходимо сделать тёплый пол в комнате размером 5х6 м, общей площадью 30 м2. Часть пола заставлена мебелью и техникой. Считается, что обогреваемая площадь для эффективной работы системы не может быть меньше 70%, так что примем за активную площадь это значение. Оно составит 21 м2.

Дом имеет небольшие теплопотери, среднее значение которых 80 Вт/ м2, следовательно, удельные теплопотери комнаты составят 21х80=1680 Вт/ м2. Желаемая температура в комнате – 20 C°. Планируется использовать трубы диаметром 20 мм, на которые будет уложена стяжка толщиной 7 см и плитка. Если стяжка толще, то нужно знать, что каждый её сантиметр уменьшает плотность теплового потока на 5-8%.

На графике показана зависимость между температурой теплоносителя, плотностью теплопотока, шагом и диаметром труб.

На графике показана зависимость между температурой теплоносителя, плотностью теплопотока, шагом и диаметром труб

Как следует из данных графика, труба 20 мм ,чтобы компенсировать теплопотери 80 Вт/ м2, требует при шаге 10 см температуры воды 31,5 C°, с шагом в 15 см она становится уже 33,5 C°, а шагу 20 см нужна вода 36,5 C°. Стяжка и покрытие приведут к тому, что температура на поверхности пола будет на 6-7 градусов ниже, чем вода в трубах, а эти значения укладываются в норму для жилого помещения.

Предположим, было принято решение укладывать трубы с шагом в 15 см. При этом на 1 м2 требуется 6,7 м.п. трубы, следовательно, площади в 21 м2 нужно 140,7 метра труб. Так как для трубы с диаметром 20 мм максимальная длина контура ограничена и составляет 120 м, придётся делать два контура длиной 71 м, чтобы образовался ещё и запас для подводки к коллектору и погрешностей.

Помимо труб и коллектора для этой комнаты нужно будет вычислить:

• цену гидроизоляции под стяжку. Её должно быть столько, чтобы она покрыла всю комнату с нахлёстом на стыках и запасом на стены;
• стоимость утеплителя. Это может быть пеноплекс, полистирол или специальные маты для водяного пола. К счастью, их количество вычислить легко: на упаковке обычно указывается, какую площадь можно покрыть её содержимым.
• стоимость демпферной ленты, длина которой буде равна периметру комнаты;
• цену армирующей сетки на всю площадь пола;
• стоимость материалов для стяжки. Это может быть как готовая смесь, так и песок и цемент отдельно. Иногда к ним добавляют пластификатор;
• стоимость фитингов и крепежа для труб.

Как правило, одной комнатой при установке водяного тёплого пола не ограничиваются, так что придётся выполнить такие расчёты для всех комнат, и уже исходя из этих данных подбирать газовый котёл и насос.

Любые самостоятельные расчёты носят приблизительный характер, если, конечно, организатор ремонта не обладает глубокими познаниями в физике. Но даже несмотря на это лучше выполнить эти вычисления. Во-первых, это даст хотя бы поверхностное представление о грядущих расходах. Они будут довольно ощутимыми, так что желательно заранее определиться, по карману ли в данный момент такой ремонт. Во-вторых, расчёты позволят лучше понять суть предстоящих работ, что поможет на чём-то сэкономить и проконтролировать нерадивых рабочих.

В заключение полезные советы

При закупке материалов для монтажа электрического теплого пола примите во внимание следующие рекомендации:

1. Подавляющее большинство греющих элементов нуждается в регулировании извне. В каждое помещение нужно установить терморегулятор и датчик перегрева, закрепляемый непосредственно на кабеле или пленке.
2. Обязательно укладывайте под напольные контуры слой утеплителя, если не хотите греть дорогим электричеством землю, перекрытие либо соседнюю квартиру.
3. Толщина теплоизоляционного слоя на грунте – не менее 10 см пенопласта или минеральной ваты. Межэтажное перекрытие достаточно застелить фольгированным пенополиэтиленом 8—12 мм в толщину.
4. Если на полах используются толстые покрытия – паркет, доска 25 мм и более, войлочный линолеум, то мощность греющих элементов придется увеличить на 30—40% против расчетной.
5. Заготовьте медные провода сечением 2,5 мм² для подсоединения контуров к электросети. Длины кабелей должно хватить, чтобы протянуть линию до главного щита.

Подведенную к электрощиту линию необходимо защитить автоматическим выключателем соответствующего номинала. Автомат лучше брать двухполюсный, разрывающий обе цепи – фазу и ноль.

Сегодня существует множество самых разных систем отопления, позволяющих уменьшить расход электроэнергии, благодаря чему вы можете сэкономить свои деньги. Одним из наиболее оптимальных вариантов является инфракрасный пленочный теплый пол. Является вариацией электрического, однако он отличается большей экономичностью и безопасностью.

Инфракрасный тёплый пол