Расчет теплого пола

 

В данный момент у меня заканчивается строительство гостевого домика с баней. Следующий на очереди вопрос – отопление. У меня залита плита, по этому основной системой отопления я выбрал водяной теплый пол. Мы уже говорили об этой системе отопления. Но когда встает вопрос проекта и определения качества его изготовления, чтобы потом не переплачивать при эксплуатации, я решил еще раз вернуться к этой теме с практической точки зрения и рассказать вам о контроле ключевых моментов монтажа теплого пола. Вот о том, как произвести расчет теплого пола, мы и поговорим в этой статье.

 

Расчет теплого пола — теплопотери дома

 

Любой расчет отопления начинается с расчета теплопотерь вашего строения. Базовая формула для подсчета расхода тепловой энергии через наружные ограждения выглядит следующим образом:

 

Q = 1/R х (t_в — t_н) х S х (1+ ∑β)

где:

• Q — количество тепла, теряемого конструкцией одного типа, Вт;
• R — термическое сопротивление материала конструкции, м²°С / Вт;
• S — площадь наружного ограждения, м²;
• t_в — температура внутреннего воздуха, °С;
• t_н — наиболее низкая температура окружающей среды, °С;
• β — добавочные теплопотери, зависящие от ориентации здания.

 

Термическое сопротивление (R) стен либо кровли здания определяется исходя из свойств материала, из которого они сделаны, и толщины конструкции. Для этого используется формула R = δ / λ, где:

• λ — справочное значение теплопроводности материала стены, Вт/(м°С);
• δ — толщина слоя из этого материала, м.

 

Расчет теплопотерь для комбинированных стен

 

Если стена возведена из двух материалов, например, кирпич с утеплителем из минваты, то термическое сопротивление рассчитывается для каждого из них, а результаты суммируются. Уличная температура выбирается как по нормативным документам, так и по личным наблюдениям, внутренняя — по необходимости. Добавочные теплопотери — это коэффициенты, определенные нормами:

• β = 0,1 — когда стена либо часть кровли повернута на север, северо-восток или северо-запад;
• β = 0,05 — если конструкция обращена на юго-восток или запад;
• β = 0 — когда наружное ограждение выходит на южную или юго-западную сторону.

 

Чтобы учесть все тепло, уходящее из дома, необходимо сделать расчет теплопотерь помещений, причем каждого по отдельности. Для этого производятся замеры всех ограждений, соседствующих с окружающей средой: стен, окон, крыши, пола и дверей. Окна и двери измеряются по проему, который они заполняют.

 

По результатам замеров рассчитывается площадь каждой конструкции и подставляется в первую формулу (S, м²). Туда же вставляется значение R, полученное делением толщины ограждения на коэффициент теплопроводности строительного материала. В случае с новыми окнами из металлопластика величину R вам подскажет представитель фирмы-установщика.

 

Пример расчета теплопотерь

 

В качестве примера стоит провести расчет теплопотерь через ограждающие стены из кирпича толщиной 25 см, площадью 5 м² при температуре окружающей среды -25°С. Предполагается, что внутри температура составит +20°С, а плоскость конструкции обращена к северу (β = 0,1). Сначала нужно взять из справочника коэффициент теплопроводности кирпича (λ), он равен 0,44 Вт/(м °С). Затем по формуле вычисляется сопротивление передаче тепла кирпичной стены 0,25 м:

 

R = 0,25 / 0.44 = 0,57 м²°С / Вт

 

Чтобы определить теплопотери помещения с этой стенкой, все исходные данные надо подставить в первую формулу:

 

Q = 1 / 0,57 х (20 — (-25)) х 5 х (1 + 0,1) = 434 Вт = 4.3 кВт

 

Если в комнате имеется окно, то после вычисления его площади следует таким же образом определить теплопотери сквозь светопрозрачный проем. Такие же действия повторяются относительно полов, кровли и входной двери. В конце все результаты суммируются, после чего можно переходить к следующему помещению. Если для вас это будет сложно, можно пойти по упрощенному пути. Добавить к расчетной величине телопотерь на каждое окно 100 Вт, на каждую дверь, выходящую на улицу 200 Вт. В итоге получится мощность отопительного котла, который вам понадобится для отопления вашего строения.

 

Расчет теплого пола — температура теплоносителя

 

Температура теплоносителя должна быть не выше 55 ^оС, а в некоторых случаях не выше 45 ^оС.  Если сказать проще, то температура теплоносителя должна быть в соответствии с расчетной температурой проекта, который учитывает необходимость конкретного помещения в тепле и материал, из которого сделано напольное чистовое покрытие.

 

Контролировать температуру можно с помощью термометра, а лучше двух. Один термометр показывает температуру теплоносителя на подаче теплого пола (температуру смешанной воды), а другой — температуру обратки. Если разница между показаниями двух термометров составляет 5 — 10 ^оС, значит система теплых полов у вас работает правильно.

 

Температура поверхности теплого пола

 

Температура поверхности работающего теплого пола на должна превышать следующие значения:

• 29 ^оС — в помещениях длительного нахождения людей;
• 35 ^оС — в граничных зонах;
• 33 ^оС — в санузлах, ванных комнатах.

 

Формы укладки трубы для теплого пола

 

Для укладки труб напольного отопления используют разные формы: змейку, угловую змейку, улитку, двойную змейку (меандр). При укладке одного контура допускается комбинирование этих форм. Например, зону у наружных стен можно расположить змейкой, а дальше основную часть пройти улиткой.

 

Для больших помещений квадратной, прямоугольной или круглой формы лучше использовать улитку. Для маленьких помещений, помещений со сложными формами или длинных помещений используйте змейку.

 

Шаг укладки трубы теплого пола

 

Шаг укладки должен быть проектным в соответствии с расчетами.  Для краевых зон используется шаг, равный 10 см. Для остальных зон с разностью в 5 см — 15 см, 20 см, 25 см. Но не больше 30 см. Это ограничение связано с чувствительностью ступни человека.

Стоит помнить, что чем меньше шаг трубы, тем меньше нужна температура теплоносителя. При большем шаге труб нога начинает чувствовать разницу температуры участков пола.

 

Расчет теплого пола — длина трубы

 

Для этого можно воспользоваться формулой: L = S / N * 1,1,

где:

• S — площадь помещения или контура, для которого рассчитывается длина трубы (м²);
• N — шаг укладки в метрах;
• 1,1 — запас трубы в 10% на повороты.

 

К полученному результату не забудьте добавить длину трубы от коллектора до теплого пола, включая подачу и обратку.

 

Для примера рассмотрим задачу, в которой нужно подсчитать длину трубы для комнаты, в которой пол занимает полезную площадь 10 м². Расстояние от коллектора до теплого пола — 5 м. Шаг укладки трубы 15 см.

Получается: 10 / 0,15 * 1,1 + (5 * 2) = 84 м.

 

Максимальная длина одного контура теплого пола

 

Длина одного контура зависит от гидравлического сопротивления или потерь давления в конкретном контуре, которые напрямую зависят как от диаметра используемых труб, так и от объема теплоносителя, который подается через сечение этих труб в единицу времени.

 

Если не учитывать эти факторы можно получить эффект запертой петли. Это ситуация, при которой сколь мощный бы по напору насос вы не ставили, циркуляция через эту петлю будет невозможна.

 

На практике установлено, что потери давления, равные 20 кПа или 0,2 бара как раз приводят к такому эффекту.

 

Для того, чтобы не вдаваться в расчеты, приведу некоторые рекомендации, используемые специалистами нами на практике.
Для металлопластиковой трубы диаметром 16 мм максимальная длина контура составляет 100 м. Но на практике делают 80 метров.

То же самое касается и труб из полиэтилена. Для трубы 18 мм из сшитого полиэтилена максимальная длина контура составляет 120 м. На практике делают 80 — 100 м. Для 20 миллиметровой металлопластиковой трубы максимальная длина контура составляет 120 — 125 м.

 

Могут ли контура теплого пола быть разной длины?

 

Идеальная ситуация тогда, когда все петли одинаковой длины. Не нужно ничего балансировать и настраивать. На практике этого достичь можно, но чаще всего не целесообразно.

 

Например, в вашем доме несколько помещений, где нужно сделать теплый пол. Среди них также есть санузел, полезная площадь теплого пола в котором 4 м². Длина трубопровода для этого контура вместе с длиной труб до коллектора составляет всего лишь 40 м. Надо ли все помещения подстраивать под эту длину, дробя полезную площадь оставшихся помещений по 4 м²? Конечно же нет. Для этого и предназначена балансировочная арматура, которая как раз и призвана для того, чтобы уравнивать потерю давления между контурам.

 

Так же можно воспользоваться расчетами, с помощью которых можно увидеть, до какого максимального предела можно допустить разброс длин труб отдельных контуров на конкретном объекте при данном оборудовании. Если не вдаваться в сложности расчетов, за основу можно взять разброс по длинам труб отдельных контуров в 30 — 40%. Также, при необходимости можно поиграть диаметрами труб, шагом укладки и делить площади больших помещений не на мелкие или крупные, а на средние сектора.

 

Сколько контуров можно подключить к одному узлу смешения с одним насосом

 

Для решения этой задачи, необходимо учитывать диаметр коллектора и какой объем теплоносителя способен пропускать через себя узел смешения за единицу времени (м³/час). Или, что также равноценно, какую тепловую нагрузку способен нести выбранный вами узел смешения?

 

Для этого рассмотрим следующий пример. В качестве узла смешения рассмотрим Combimix компании Valtec. Чтобы понять на какую тепловую нагрузку он рассчитан необходимо заглянуть в его паспорт.

 

Максимальный коэффициент пропускной способности этого узла составляет 2,38 м³/час. Если ставим насос Grundfos UPS 25 60, то на третьей скорости при данном коэффициенте этот узел способен справиться с нагрузкой в 17000 Вт или 17 кВт.

 

 

Допустим, что у вас есть дом, в котором есть несколько помещений по 12 м² полезной площади теплого пола в каждом помещении. Трубы у нас уложены с шагом 20 см, что приводит к длине каждого контура, учитывая длину труб от самого теплого пола до коллектора, 86 м. По проектному расчету мы получили, что теплосъем с каждого квадратного метра этого теплого пола дает 80 Вт, что приводит нас соответственно к тепловой нагрузке каждого контура

12 * 80 = 960 Вт.

Какое кол-во помещений или подобных контуров способен обеспечить теплом наш узел смешения?

 

17000 / 960 = 17,7 подобных контуров или помещений.

 

Это максимальное значение. На практике в большинстве случаев не нужно делать расчет на максимальные показатели. Поэтому остановимся на цифре 15. У самой же компании Valtec к этому узлу есть коллектор с максимальным количеством выходов — 12.

 

Нужно ли делать несколько контуров теплого пола в больших помещениях

 

В больших помещениях конструкцию теплого пола необходимо делить на меньшие площади и делать несколько контуров.

Эта необходимость возникает по двум причинам:

• Ограничение длины трубы контура необходимо, чтобы не получить эффект «запертой петли», при котором через нее не будет циркуляции теплоносителя;
• Правильная работа самой цементной заливной плиты, площадь которой не должна превышать 30 м². Соотношение длин ее сторон должно быть 1/2 и длина одного из краев не должна превышать 8 м.

 

Расчет теплого пола — полезная площадь

 

Чтобы сделать расчет теплого пола и подсчитать полезную площадь, вам придется начертить план помещения, где он будет смонтирован. Лучше, если план будет сделан в масштабе. От каждой из стен помещения отступите по 30 см. Заштрихуйте получившееся пространство. Отметьте на плане участки, где будет постоянно стоять мебель: холодильник, мебельная стенка, диван, большой шкаф и т.д. Эти участки также заштрихуйте. Не заштрихованная часть плана помещения и будет той полезной площадью теплого пола, которую вы ищете.

 

В качестве примера подсчитаем полезную площадь комнаты, где будет теплый пол. Площадь комнаты 20 м², длина стен соответственно 4 м и 5 м. В комнате будет стоять кухонный гарнитур, холодильник и диван, их необходимо отметить на плане. Не забудьте отступить от стен по 30 см. Заштрихуйте занятые участки. После этого остается посчитать площадь теплого пола.

 

Расчет теплого пола — количество контуров

 

Для того чтобы понять какое количество петель теплого пола понадобится и на основании этого подобрать подходящий коллектор с таким же количеством выходов, нужно оттолкнуться от площади самих помещений, в которых планируется эта система.

 

Затем, воспользуйтесь следующим способом: отталкиваясь от шага теплого пола, разбейте полезную площадь теплого пола в каждом помещении на следующие размеры:

• шаг 15 см — не более 12 м²;
• шаг 20 см — не более 16 м²;
• шаг 25 см — не более 20 м²;
• шаг 30 см — не более 24 м².

 

Если площадь пола в помещении меньше указанных размеров, то ее разбивать не нужно.

Рекомендуется уменьшить эти значения на 2 м², если длина присоединения труб от теплого пола до коллектора превышает 15 м.
Разбивая полезную площадь пола в помещениях, старайтесь также достичь того, чтобы длина труб в этих контурах была либо одинаковой, либо разница между отдельными контурами не превышала 30 — 40 %.

 

Расчет теплого пола — толщина пирога

 

Толщина пирога теплого пола зависит от толщины утеплителя, так как остальные величины известны. При следующей толщине утеплителя у вас получатся такие значения (толщина отделочного покрытия не учитывается):

• • • 3 см — 9,5 см;
    • 8 см — 14,5 см;
    • 9 см — 15,5 см.

 

Как определить габариты коллекторного шкафа

 

И так мы закончили расчет теплого пола, пришло время заняться коллектором. Определить габариты коллекторного шкафа не сложно. Для примера можно снова предлагаем воспользоваться продукцией компании Valtec и их готовыми рекомендациями, представленными в таблице, при условии, что вы пользуетесь уже готовыми узлами для теплого пола, выпускаемыми этим производителем.

 

На какой высоте нужно устанавливать коллекторный шкаф

 

На этот счет нет никаких конкретных правил, но есть рекомендации.  С одной стороны, понятно, что монтируя коллекторный шкаф, нужно учитывать высоту будущей стяжки и отделки, чтобы не получилась ситуация, когда невозможно будет открыть даже дверцу шкафа.  С другой стороны, нужно учитывать удобство обслуживания и необходимость возможной замены отдельных элементов системы с вероятностью отсоединения трубопровода. Чем короче отрезок трубы, тем больше его жесткость и наоборот. Учитывая этот фактор, можно сделать подъем коллекторного шкафа на 20 — 25 см от уровня чистого пола.

 

Однако, нельзя забывать и об эстетике. Если подъем шкафа приводит к недопустимому нарушению дизайна и невозможно решить эту задачу другим способом, опускайте шкаф к уровню пола, но с тем расчетом, чтобы он мог открываться.

 

При обращении в строительные компании, которые рекламируют установку системы отопления «Теплый пол», я убедился, что они в этом мало понимают или делают как им удобно. Поэтому я решил разобраться, как сделать расчет теплого пола, чтобы можно было их контролировать. В следующей статье я расскажу о системе жидкостных теплых полов XL-PIPE.

 

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ: