Расчет теплого водяного пола

Водяное напольное отопление часто становится дополнением домового инженерного оборудования. Система создает максимально комфортный для людей и домашних животных температурный режим за счет корректного распределения температуры по высоте помещений.

Зачем необходим расчет?

Практический опыт показал, что устройство напольного обогрева без реализации расчетов обходится в 2.5 раза дороже, чем при грамотном проектировании. Чтобы создать такой тип отопления помещение должно обладать соответствующей высотой для размещения всей конструкции. Минимальная высота «пирога» — 6.5 см, не принимая во внимание финишное покрытие. Но, как рассчитать теплый водяной пол?

Компоненты, влияющие на толщину теплого водяного пола:

• на плиты перекрытия укладывается пенополистирольные маты (плотность не менее 50 кг/м³);
• сетка арматурная проволочная, кладочная Вр 1, d 4-5 мм;
• трубы для теплых полов водяных (монтажная схема в квартире чаще принимается, как «улитка» или «змейка»);
• стяжка из цементно-песчаного раствора с полипропиленовой фиброй и пластификатором;
• по периметру прокладывается демпферная лента;
• финишное покрытие.

Методы укладки

Система трубопроводов может раскладываться несколькими способами специалисты рекомендуют монтировать трубы, согласно схеме «улитка». По сравнению с известной схемой «змейка» этот вариант экономичнее на 10-15%, эффективнее по гидравлическим характеристикам и требует меньшего количества труб.

Сравнение методик укладки рассмотрено в табличных данных:

Подключение системы может быть реализовано следующими способами:

• от котла (теплогенератора) посредством смесительно-регулировочного узла;
• от радиаторного отопления посредством теплообменника с моделированием собственного контура или от обратного трубопровода через термостатический узел;
• от контура горячего водоснабжения посредством термостатического узла.

Все указания должны содержаться в проекте водяного теплого пола.

Конструирование системы должно подчиняться указанным правилам:

• трубы должны монтироваться параллельно, что обеспечит равномерную теплоотдачу;
• петли должны наращиваться с участием пресс-фитингов. Их сопротивление должно учитываться в гидравлическом расчете;
• после монтажа труб необходимо создать исполнительную схему, где указана привязка осей. При дальнейших работах это поможет избежать повреждений;
• чтобы закрепить на поверхности какую-либо конструкцию, в стяжке устраиваются закладные, дюбели, пробки;
• следует предусмотреть присоединение петель равнозначной длины к одному коллектору;
• деформационные швы должны располагаться: в местах входящих углов, вдоль перегородок и стен, при длине пола от 8 м, при площади пола от 40 м².

До монтажа целесообразно реализовать расчет теплого водяного пола своими руками.

Обзор матов теплого водяного пола произведен в статье.

Расчет теплого пола водяного калькулятором

Воспользовавшись специальными сервисами, можно провести расчет теплого водяного пола калькулятором онлайн. Но, принцип реализации расчета теплого водяного пола целесообразно рассмотреть на практическом примере.

Исходные данные:

• t воздуха (внутренняя). Для помещений жилого назначения принимается за 20-22 градуса;
• s – площадь помещения. Собственник может рассчитать площадь посредством замеров или взглянуть на архитектурно-строительные чертежи;
• для примера рассмотрим помещение 4*5 м, площадью 20 м²;
• вдоль внутренних стен, где будут размещаться предметы меблировки, оставляют краевые зоны, шириной 30 см;
• исходя из этого, активная площадь пола составит – 20 – (4+4+5)*0.3 = 16.1 м²;
• конструктивные особенности: толщина цементно-песчаной стяжки 7 см, керамическое плиточное покрытие 1.5 см.

Учет теплопотерь

Все теплопотери, которые могут быть в помещении, определяются на основе теплотехнического расчета.

Во внимание принимают следующее:

• потеря тепловой энергии через ограждающие конструкции (двери, окна, полы, стены, потолки);
• затраты тепловой энергии на прогрев воздушных масс, поступающих внутрь через неплотные участки ограждающих конструкций. Это называется инфильтрация;
• затраты тепла на нагрев воздушных масс, поступаемых посредством работы систем вентилирования;
• приток тепловой энергии за счет инсоляции (нагрев солнечными лучами);
• приток тепловой энергии от бытовой техники, электрического освещения;
• выделение тепла от находящихся в помещении животных и людей.

Применение стандартизированных показателей обеспечивает формирование значительной погрешности. Разброс потерь тепла для помещений жилого типа может варьироваться от 40 до 300 Вт/м².

Первое значение характерно для зданий с качественными стеклопакетами и эффективными ограждающими конструкциями, второе – для кирпичного частного дома с большим количеством окон и неутепленными стеновыми конструкциями.

Если брать представленные исходные данные, тепловые потери помещения q = 1300 Вт. Манипулируя значением площади, можно вычислить удельные теплопотери q1 = 1300/16.1 = 80.7 Вт/м².

На основе полученных данных можно определить шаг между осями труб и их диаметр. Для этого используются специальные графики, где отражена зависимость удельного теплового потока от средней температуры воды. Так, для достижения требуемого потока 80.7 Вт/м², допустимо внедрить несколько вариантов.

Все данные, полученные на основе специальных графиков, сведены в таблицу:

Чтобы выбрать наиболее эффективный результат, требуется реализовать ряд дополнительных расчетов.

С ориентиром на специальные графики, отражающие зависимость средней t напольного покрытия от внутренней t воздуха и теплового потока, определяют:

• среднюю t поверхности пола при заданном теплопотоке и t помещения;
• для рассматриваемых исходных данных показатель составит 27 градусов.

Допустимые значения средних температур теплого водяного пола (поверхности пола) представлены в таблице:

По поверхности пола температура распределяется неравномерно. Между трубами показатель минимальный, над ними – максимальный. Если принять полученный из графика показатель 27°С за максимальный (Т пол), можно рассчитать, какой температуры должен быть теплоноситель.

Температура теплоносителя

Расчет позволяет пренебречь параметрами тепловосприятия и тепловыми потерями в стенках труб.

Основная формула Т = Т пол + q*Ап/Вп + q Ас/Вс = 27+ 80.7*0.015/1.5 + 80.7*0.07/0.92 = 34°С.

Используемые значения:

• q – удельный тепловой поток – был вычислен ранее – 80.7 Вт/м²;
• Ап – толщина керамического плиточного материала – 1.5 см – 0.015 м;
• Вп – коэффициент теплопроводности плитки 1.5 Вт/м°К;
• Ас – толщина стяжки – 7 см – 0.07 м;
• Вс – коэффициент теплопроводности стяжки – 0.93 Вт/м°С.

Сложные вычисления можно доверить программе для расчета водяного теплого пола, скачать которую можно на специализированных ресурсах.

Выбор шага труб

Манипулируя полученными значениями и табличными данными можно понять, что с учетом максимально допустимой температуры пола шаг труб следует принять за 100 мм.

Расчет контуров теплого водяного пола

Для шага труб, равному 10 см, расход материала составит около 200 м. Целесообразно разбить площадь на два контура, чтобы не превысить предельные длины петель.

После того, как проведен расчет длины трубы теплого водяного пола, можно приступить к дальнейшим вычислениям. Тепловая нагрузка на одну петлю рассчитывается так: q1 = q/2 = 1300/2 = 650 Вт при стандартной длине контура водяного теплого пола.

Температурные перепады

Для системы теплых водяных полов оптимальный температурный перепад составит 5°С. Подобные значения обеспечивают наиболее равномерный прогрев. Если значение приближается к 10°С, босая ступня человека будет ощущать неравномерный прогрев. Целесообразно заложить именно 5°С — ∆ t.

Температура теплоносителя в обратном/прямом трубопроводе

Для расчета используют формулу: Т = Тср + ∆t/2 = 34 + 5/2 = 36.5°С – это температура для прямого трубопровода. Для обратного Т = Т ср – 5/2 = 34 – 2.5 = 31.5°С.

Расхода теплоносителя в петле

Чтобы вычислить гидравлические потери и окончательный диаметр труб, используют формулу: G = q1/ 4187*∆t = 650/4187*5 = 650/20935 = 0.03 кг/с. При возникновении трудностей с вычислениями можно реализовать расчет теплого водяного пола онлайн.

Скорость движения теплоносителя

Согласно нормам, максимальная скорость движения теплоносителя варьируется в пределах 0.15-1 м/с.

В зависимости от внутреннего диаметра труб, скорость воды может быть следующей:

• для диаметра d16 = 1.274*G/(d*2*p) = 0.354 м/с;
• d20 = 0.199 м/с.

Допустимые интервалы скоростей обеспечивают обе трубы, что видно из расчета теплого водяного пола (расчета трубы). Можно выбрать меньший диаметр, как менее дорогостоящий.

На практике выгоднее приобрести более крупную по диаметру трубу, что позволит снизить гидравлические потери в системе.

Длины петель

Расчеты труб для водяного теплого пола базируются на чертеже раскладки. Профессионал сравнивает варианты раскладки и коэффициенты местных сопротивлений, принимая оптимальное значение. Пример был рассмотрен выше.

Потери давления в петлях

Это необходимо для определения предварительных настроек регулировочных коллекторных вентилей и выбора оптимального насосного оборудования.

При расчетах проекта теплого водяного пола учитывают следующее:

• общие теплопотери формируются на основе потерь давления (от характеристик потока, диаметра, изменений направления) и линейных потерь;
• линейные высчитываются на базе полученного показателя скорости теплоносителя и диаметра трубы (16 мм/0.354 м/с);
• ориентируясь на данные специальных гидравлических таблиц, перемножают длину трубы на удельные потери. Так вычисляют потери давления – для рассматриваемого примера это 16032 Па;
• определяют сумму коэффициентов местных сопротивлений. Это произведение КМС отвода и количества отводов. Для укладки по типу «улитка» сумма равна 26 (z=52*0/5). Потери в фитингах условно не учитываются;
• потери на местные сопротивления определяются по формуле ∆р = р*z*v 2/2 = 1629 Па;
• сумма местных и линейных потерь составляет полное гидравлическое сопротивление петли, что для конкретного примера составляет 1629 + 16032 = 17 661 Па.

Если не соблюдать предписанные нормы и ограничения, в системе образуется закрытая петля. Наращивание мощности насоса последовательно увеличивает гидравлические потери, что опять провоцирует необходимость наращивания мощность и т.д.

Когда проведен расчет потерь для каждой петли, можно приобретать нанос требуемой мощности и прочее оборудование. На основании этих данных составляют таблицу настройки коллекторных вентилей или используют специальные графики теплового потока для различного типа финишных покрытий. Чтобы избежать ошибок допустимо использовать специальные для расчета теплого пола программы.

Расчет мощности теплого водяного пола

Чтобы рассчитать требуемую мощность, следует сопоставить энергию, вырабатываемую напольным отоплением и тепловые потери дома с учетом климатической зоны.

Используемые в расчете мощности теплого пола формулы:

• Мп = Q*1.2, где Мп – требуемая тепловая мощность водяного теплого пола, Q – потери тепловой энергии, 1.2 – коэффициент запаса;
• Q = (V*Pt*k)/860, где V – это объем комнаты (высота потолка, умноженная на площадь), Pt – разница температур (вычисляется для каждого объекта отдельно), к – коэффициент теплостойкости (принимается за 1.5-2.0 ед).

Если подобные манипуляции кажутся слишком сложными, следует воспользоваться калькулятором теплого водяного пола. Онлайн расчет теплого водяного пола поможет найти искомую мощность.

В обратном случае лучше доверить расчет тепловой мощности водяных теплых полов профессиональным проектировщикам.

Сравнительный обзор основных марок теплых водяных полов произведен в статье.

Цена

Расчет стоимости теплого пола водяного, как и иные пункты проекта лучше доверить опытным проектировщикам. Это позволит получить эффективную, экономичную систему, доступную по приемлемой цене. Затраты на устройство качественной системы напольного обогрева начинаются от 45 у.е/м².

Вывод

Вычисление и проектирование систем напольного отопления рекомендовано доверять профессиональным инженерам. Онлайн сервисы связаны с массой погрешностей, самостоятельные расчеты трудоемки и требуют поиска специальных графиков и таблиц.

Проект расчет водяного теплого пола представлен в видео: