В отличие от синтетических трубопроводов, медные контуры имеют ряд явных преимуществ, включая высокую теплопроводность, отличные термические и физические характеристики, возможность гибкой укладки с разнообразными изгибами, а также полную непроницаемость для газов.
Как рассчитать водяной тёплый пол
Одним из подходов для обустройства отопительных систем является установка водяного теплого пола, который эффективно создает комфортные условия в помещениях. Такая система может быть как основным источником тепла, так и дополнительным элементом отопления. В любом случае заранее необходимо провести теплотехнические и гидравлические расчеты, что позволит создать оптимальную и эффективную схему укладки контуров для теплого пола.
При проведении расчетов следует учитывать ряд базовых правил:
- Длина одного контура не должна превышать 100–130 метров, что зависит от диаметра трубопровода. Если расчет требует превышения этой длины, рекомендуется проектировать два контура.
Данные для расчётов напольной системы отопления
- тип материалов, использованных в строительстве дома, и эффективность теплоизоляции здания;
- Температура воздуха в жилых помещениях должна находиться на уровне +29 °C. В случаях, когда покрытие пола выполнено из паркета или ламината, максимальная температура не должна превышать +27 °C, а для виниловой плитки верхний предел составляет +29 °C.
- Температура для помещений с повышенной влажностью (например, в ванных комнатах, санузлах и бассейнах) может достигать +33 °C.
- Для холодных участков, находящихся вблизи входных дверей, окон и наружных стен, температура не должна превышать +35 °C. Участки, расположенные в пределах 50 см от источников холода, требуют повышенного отопления, что можно достичь уменьшением расстояния между трубами.
Превышение указанных температур может привести к перегреву как воздуха в помещении, так и самой системы отопления, а также к повреждениям финишного напольного покрытия.
Параметры для расчета теплового контура
На этапе проектирования важно решить ряд вопросов, которые определят конструктивные особенности теплого пола и режим его эксплуатации. К данным вопросам можно отнести выбор толщины стяжки, насосов и другого необходимого оборудования.
Технические характеристики системы отопления в значительной мере зависят от ее назначения. В дополнение к этому для точного расчета длины водяного контура потребуется учитывать ряд факторов: площадь покрытия, плотность теплового потока, температура теплоносителя, а также тип используемого напольного покрытия.
Площадь покрытия трубами
При определении размеров основания для укладки труб следует учитывать пространство, не занимаемое крупной мебелью и встроенной техникой. Важно заранее продумать расположение предметов в интерьере.
Если водяной пол служит основным источником тепла, его мощность должна полностью компенсировать тепловые потери. Если же его роль дополнительная, он должен покрывать от 30% до 60% всех теплопотерь помещения.
Тепловой поток и температура теплоносителя
Плотность теплового потока — это ключевой расчетный показатель, который определяет оптимальное количество выделяемой теплоэнергии для отопления комнаты. Величина этого потока зависит от множества факторов: теплопроводности стен, перекрытий, площади остекления, наличия утепления и интенсивности обмена воздуха. Исходя из теплового потока, устанавливается шаг укладки труб.
Максимальная температура теплоносителя рекомендуется на уровне 60 °C. Тем не менее, учитывая толщину стяжки и тип напольного покрытия, фактическая температура на поверхности пола будет колебаться в пределах 30-35 °C. Разница температур на входе и выходе из контура не может превышать 5 °C.
Вид напольного покрытия
Финишная отделка существенно влияет на эффективность работы системы. Лучшие теплопроводные свойства имеют кафель и керамогранит, которые быстро нагреваются. Ламинат и линолеум также обеспечивают хороший КПД при отсутствии теплозахватывающей прослойки. Наименьшую теплопроводность наблюдают у деревянного покрытия.
Не менее важен и материал стяжки. Максимально эффективными считаются системы с использованием тяжелого бетона, в частности, с природным заполнителем, таким как морская галька мелкой фракции.
Цементно-песчаный раствор дает средний уровень теплоотдачи, если теплоноситель нагревается до 45 °C. При использовании полусухой стяжки КПД системы значительно снижается.
При планировании труб для теплого пола стоит учитывать установленные нормы температурного режима:
- 29 °C – для жилой комнаты;
- 33 °C – для помещений с повышенной влажностью;
- 35 °C – для холода в проходных зонах и рядом с наружными стенами.
Также значения спектра укладки труб зависят от климатических особенностей региона. Очень важно учитывать минимальные зимние температуры при расчете теплопотерь.
На практике стало очевидно, что снижение нагрузки на систему возможно за счет предварительного утепления всего здания. В этом контексте разумнее сначала теплоизолировать помещение, а затем переходить к расчету теплопотерь и параметров трубного контура.
Оценка технических свойств при выборе труб
С учетом специфики эксплуатации к материалам и размерам змеевиков для водяного пола предъявляются повышенные требования:
- химическая инертность и устойчивость к коррозионным процессам;
- наличие идеально гладкого внутреннего покрытия, которое не подвержено образованию известковых отложений;
- прочность – стенки труб постоянно испытывают воздействие теплоносителя с внутренней стороны, а снаружи — стяжки; трубы должны выдерживать давление до 10 Бар.
Очень желательно, чтобы отопительная ветвь имела минимальный удельный вес. Система теплого пола и без того создает серьезную нагрузку на перекрытия, и использование металлических труб только усиливает эту проблему.
Согласно нормам СНиП, в закрытых системах отопления запрещено использовать сварные трубы независимо от типа сварного шва — спирального или прямого.
Существуют три категории трубного проката, которые удовлетворяют указанным требованиям: сшитый полиэтилен, металлопластик и медь.
Вариант #1 — сшитый полиэтилен (PEX)
Сшитый полиэтилен имеет сетчатую структуру, состоящую из молекулярных связей. Модифицированный PEX отличается наличием как поперечных, так и продольных связей, что увеличивает его прочность, удельный вес и устойчивость к химическим воздействиям.
Система водяного контура из PEX-труб обладает рядом преимуществ:
- высокая эластичность, которая позволяет укладывать змеевик с небольшим радиусом изгиба;
- безопасность — при нагревании материал не выделяет вредных веществ;
- термостойкость: материал мягчает при 150 °C, плавится при 200 °C, а горение начинается при 400 °C;
- поддержание структуры при температурных колебаниях;
- устойчивость к повреждениям — как от биологических разрушителей, так и от химических реагентов.
Трубопровод PEX сохраняет свою первоначальную пропускную способность, так как на его стенках не скапливается осадок. Ожидаемый срок службы PEX-контура составляет 50 лет.
Недостатки сшитого полиэтилена включают: чувствительность к солнечному свету, негативное влияние кислорода при его проникновении в структуру, и необходимость жесткой фиксации змеевика во время укладки.
Существуют четыре группы изделий:
- PEX-a – пероксидная сшивка. Дает наиболее прочную и равномерную структуру с плотностью связей до 75%.
- PEX-b – силановая сшивка. В этой технологии используются силаниды, которые являются токсичными веществами и не могут быть использованы в быту. Производители водопроводной продукции заменяют его на безопасные реагенты. При этом допустимо использовать трубы, имеющие гигиенические сертификаты. Плотность сшивки варьируется от 65% до 70%.
- PEX-c – радиационный метод. В процессе полимер проходит облучение гамма-лучами или электронными пучками, в результате чего происходит уплотнение связей до 60%. Недостатки PEX-c: вопросы безопасности и неравномерность сшивки.
- PEX-d – азотирование. Процесс создания сшивной сетки осуществляется с использованием радикалов азота. В конце концов, материал имеет плотность сшивки между 60% и 70%.
Основные расчёты
Чтобы выполнить расчет труб для теплого пола, выбрать подходящий насос и коллектор для системы отопления коттеджа, необходимо определить требуемую мощность системы.
Расчёт теплопотерь
Необходимая мощность теплых контуров (М) зависит от величины теплопотерь (Q) и может быть вычислена по формуле:
М = Q × 1,2
Тепло теряется через наружные стены, перекрытия и окна.
На заметку! В данном случае, поскольку пол отапливается, теплопотери через него не учитываются.
Чтобы определить теплопотери, нужно знать значения термических сопротивлений (R) всех конструкций. Эти значения можно легко вычислить, разделив толщину стены или другой конструкции на её коеффициент теплопроводности, характерный для каждого конкретного материала. Эти данные можно получить из таблицы:
| Материалы | Коэффициент теплопроводности (Вт/(м°*С)) |
| Железобетон | 1,7 |
| Силикатный кирпич | 0,7 |
| Керамический кирпич | 0,44 |
| Газобетон и пенобетон | 0,26 |
| Керамзитобетон | 0,4 |
| Дерево | 0,18 |
| Минеральная вата | 0,055 |
| Пенополистирол | 0,038 |
К примеру, для дома, построенного из бруса толщиной 20 см, термическое сопротивление наружных стен можно подсчитать по формуле:
0,2 / 0,18 = 1,11 м²°С/Вт
В случае, если стены утеплены минеральной ватой, необходимо произвести расчёты как для утеплителя, так и для материала облицовки. Сложность расчетов также заключается в индивидуальности оценки теплопотерь для каждой конкретной конструкции: из площади стен вычитают площадь окон и дверей, вычисляется тепловое сопротивление стеклопакетов и оконных профилей, принимается во внимание мощность, необходимая для нагрева воздуха, поступающего через вентиляционные каналы и т.д.
Поэтому лучше доверить эти расчеты специалистам. Тем не менее, дома владельцы, которые хотят сэкономить и имеют достаточно времени, могут воспользоваться следующей формулой:
Q = 1/R × (Тв – Тн) × S,
где S – это площадь конструкции, Тв и Тн — температура внутри помещения и снаружи (минимальная, соответственно).
Рассмотрим пример расчета теплого пола. Предположим, что площадь внешних стен в комнате дома из бруса составляет 50 м², а минимальная зимняя температура на улице -30°C, а в помещении необходима температура +24°C. В таком случае:
Q = 1/1,11 × (24 — (-30)) × 50 = 2432 Вт
Однако это не все! Также требуется учесть ориентацию комнаты по сторонам света. Если комната выходит на юг, значение остается без изменений. Если на север — значение нужно умножить на коэффициент 1,1, а на запад или восток — на 1,05.
Видео описание
Форму укладки и решение о разбивке помещения на контуры можно узнать, посмотрев это видео:
Количество контуров определяется на основании теплоотдачи каждого. Например, для комнаты площадью 12 м² с расстоянием до коллектора 5 м, длина труб в этом случае при шаге укладки 20 см составит 76 м:
12 / 0,2 × 1,1 + 2 × 5 = 76
Если теплоотдача составляет 80 Вт на 1 м², то общая потребность комнаты будет 12 × 80 = 960 Вт. При этом оборудование мощностью 15 кВт сможет поддерживать 15000 / 960 = 15,6 контуров такой длины. Тем не менее, в реальности лучше уменьшить на 2, а значит, ожидаемое количество контуров составит 13, и необходимо подбирать коллектор с таким же числом выходов.
Либо можно выбрать другие варианты, изменив шаг укладки, длину контура или диаметр труб.
Правила расчёта
Для отопительной системы площадью 10 квадратных метров оптимальным вариантом будет:
- использование труб диаметром 16 мм длиной 65 метров;
- расход, обеспечиваемый насосом, не должен быть меньше двух литров в минуту;
- длина контуров должна быть одинаковой с отклонением не более 20%;
- оптимальное расстояние между трубами — 15 сантиметров.
Следует принимать во внимание, что разница между температурой поверхности и теплоносителем может составлять примерно 15 °C.
Наилучший способ укладки трубной системы — это улитка. Данный метод способствует ровному распределению тепла по всей поверхности и поможет минимизировать гидравлические потери благодаря плавным поворотам. В области наружных стен оптимально располагать трубы с шагом в 10 см. Для качественного и надежного крепления целесообразно провести предварительную разметку.
Расчёты труб и мощности
Данные, полученные в ходе замеров, служат удаленной основой для расчета мощности оборудования, такого как тепловой насос, газовый или электрический котел, и позволяют определить расстояние между трубами во время монтажа.
Чтобы правильно определить необходимую длину труб, следует уточнить их вид и особенности:
- нержавеющие гофрированные трубы отличаются высокой эффективностью и качественной теплоотдачей;
- медные трубы характеризуются превосходным уровнем теплоотдачи и высокой стоимостью;
- трубы из сшитого полиэтилена;
- металлопластиковые трубы предлагают идеальное сочетание качества и цены;
- пенопропиленовые трубы имеют низкую теплопроводность и доступную цену.
Использование специализированных программных средств для расчета значительно упростит процесс и сделает его более точным. Все расчеты должны выполняться с учетом способа монтажа и интервала расположения труб.
Ключевыми показателями, определяющими систему, являются:
- длина необходимого нагревательного контура;
- равномерность распределения выделяемой тепловой энергии;
- размер допустимых пределов активной тепловой нагрузки.
Важно помнить, что для больших площадей отапливаемых помещений может быть допустимо увеличить шаг укладки, а также повысить температурный режим теплоносителя. Возможный диапазон расстояний шага укладки составляет от 5 до 60 см.
Наиболее распространены такие соотношения расстояний и тепловых нагрузок:
- при расстоянии 15 см теплоноситель передает 800 Вт на 10 м²;
- при расстоянии 20 см теплоноситель передает от 500 до 800 Вт на 10 м²;
- при расстоянии 30 см теплоноситель передает до 500 Вт на 10 м².
Чтобы понять, достаточно ли системы как единственного источника тепла или теплые полы могут работать в качестве дополнительного обогрева, важно провести предварительный расчет.
Какой должен быть шаг укладки?
Для зон, находящихся вблизи окон и дверей, рекомендуется использовать шаг в 10 см. Для остальных участков—значения могут варьироваться между 15 см, 20 см и 25 см, но не более 30 см.
Это ограничение связано с чувствительностью человеческой ступни. Если шаг укладки труб превышает эту норму, ноги могут ощущать разницу температур на разных участках пола.
6. Как подсчитать длину трубы?
Используйте следующую формулу: L = S / (N × 1.1), где:
S — площадь помещения или контура, для которого рассчитывается длина трубы (м²);
N — шаг укладки;
1,1 — запас трубы в 10% на повороты.
Для примера рассмотрим задачу, в которой необходимо подсчитать длину трубы для комнаты, имеющей полезную площадь 15 м². Расстояние от коллектора до теплого пола составляет 7 м. Шаг укладки (или расстояние между трубами) — 15 см (не забудьте перевести в метры).
Решение: 15 / 0,15 × 1,1 + (7 × 2) = 123 м.
Какова максимальная длина одного контура?
Максимальная длина контура зависит от гидравлического сопротивления или потерь давления в данном контуре, которые в свою очередь зависят от диаметра используемых труб и объемов теплоносителя, подающегося через них за единицу времени.
В случае теплого пола, если не учитывать вышеуказанные факторы, можно столкнуться с эффектом так называемого «замкнутого контура». Это происходит тогда, когда независимо от мощности насоса, циркуляция через этот контур становится невозможной.
Практические наблюдения показали, что потеря давления в 20 кПа (0,2 бар) как раз и вызывает такой эффект, что было зафиксировано в местах, таких как Евпатория и Феодосия.
Чтобы избежать сложных расчетов, приведем несколько практических рекомендаций: для труб диаметром 16 мм длина контура не должна превышать 110 м, а в идеале — 85 м. Для труб диаметром 20 мм максимальная длина контура составляет от 120 до 125 м.
