Как самостоятельно рассчитать водяные и электрические теплые полы

Устройство напольного обогрева квартиры либо частного дома начинается с расчетов. Трубы или греющие кабели нужно правильно выбрать по удельной тепловой мощности и уложить с определенным шагом. Практика показывает: целиком полагаться на опыт наемных строителей нельзя, схему укладки лучше разработать самостоятельно. Как рассчитать электрический и водяной теплый пол доступными методами, рассказывается в дальнейшей инструкции.

Выясняем потребную тепловую мощность

Для расчета всех параметров будущего теплого пола – водяного или электрического – надо определить, сколько Ватт теплоты подать на обогрев конкретного помещения. Предлагаем посчитать требуемую мощность отопления простейшим способом – по площади либо объему комнаты.

Совет. Монтаж напольных греющих контуров – удовольствие недешевое. Цена работ с учетом материалов и комплектующих колеблется в диапазоне 5—8 у. е. за квадратный метр (без установки и подключения котла). Если вы планируете нанимать бригаду мастеров и не располагаете проектом системы отопления, требуйте выполнения всех расчетов от исполнителей, потом сравните результаты.

В качестве примера используем планировку небольшого одноэтажного дома 100 м² (по наружному обмеру), показанную на чертеже. Заметьте, угловые комнаты со световыми проемами и внешними стенами потеряют гораздо больше тепла зимой, нежели внутренние – коридор, санузел и прихожая. Нюанс учтен в предлагаемой методике:

1. Путем обмеров и перемножения длин выясните квадратуру каждого помещения.
2. Площади комнат с одной наружной стенкой и световым проемом умножьте на 0.1 кВт. К данной категории относятся и центральные помещения (в примере – прихожая, ванна и коридор).
3. На обогрев комнат, расположенных в углах здания, потребуется выделить больше тепловой энергии. Квадратуру помещения с двумя внешними стенами и окном следует помножить на 0.12 кВт (кухня и детская).
4. Если в угловой комнате присутствует 2 и более оконных проема, площадь умножается на 0.13 кВт (гостиная и спальня на планировке).

Результаты вычислений – это требуемая теплоотдача отопительных контуров либо радиаторов в киловаттах отдельно по каждому помещению. С полученными цифрами можно переходить к следующему этапу расчета.

Примечание. Указанные величины справедливы для средней полосы РФ и Республики Беларусь. Для жилищ, расположенных на юге, значения тепловой мощности необходимо умножить на коэффициент 0.7. В северных регионах к результатам применяется повышающий коэффициент 1.5—2.

Вышеописанная методика не годится для комнат с потолками 3 и более метров. В подобных случаях потребное количество теплоты считается по объему помещений, умножаемому на 35, 40 или 45 Вт в зависимости от расположения внутри здания. Подробно расчет нагрузки на систему отопления изложен в отдельной статье.

Расчет водяных греющих контуров

Выяснив, какую мощность теплового потока обязан выдавать теплый пол в каждой комнате, рассчитайте его основные параметры в следующем порядке:

1. Определите расход теплоносителя, обеспечивающий необходимую теплоотдачу контуров. Узнайте и откорректируйте температуру поверхности напольного покрытия.
2. Вычислите шаг укладки петель, а также температуру теплоносителя в подающей и обратной линии.
3. Выясните длину трубы в контуре.

Прежде чем сделать дальнейшие расчеты, хотим предостеречь от использования теплых полов в качестве основной и единственной системы отопления. По мнению многих экспертов, в том числе Владимира Сухорукова, напольный обогрев должен работать совместно с обычными батареями по таким причинам:

• водяные контуры прогревают приличную массу бетонной стяжки, а потому довольно инертны и медленно реагируют на изменение температуры теплоносителя;
• радиаторы хорошо поддаются ручной и автоматической регулировке, быстро реагируют на рост или падение температуры сетевой воды;
• чтобы отопить объем комнаты без батарей, трубы должны разогреть поверхность до 28—33 °С, создавая ощущение духоты в комнате;
• соответственно, теплоноситель придется нагреть до 50—55 °С, экономичный температурный график водяных полов – 45—35 °С.

Отсюда рекомендация. Теплые полы стоит рассчитывать под максимально комфортную температуру поверхности +26 °С и дополнительно смонтировать радиаторную сеть, способную функционировать автономно, отдельно от напольного отопления. Она догреет воздух до желаемой температуры и станет ее поддерживать в автоматическом режиме.

Если вы решите не монтировать батареи конвекционного отопления из-за повышения стоимости строительства, все равно можете пользоваться изложенным далее расчетом, дабы выяснить метраж контуров, диаметр и шаг укладки трубопроводов. Пояснения нашего эксперта касательно установки радиаторов:

Расход теплоносителя и температура покрытия

Предлагаемая расчетная методика основана на графическом способе решения. Но объем воды, проходящей через контур в течение 1 часа, нужно знать для правильной настройки ротаметров распределительного коллектора, выполнения гидравлического расчета и подбора циркуляционного насоса по производительности.

Расход отопительной воды считается по формуле:

Расшифровка обозначений:

• G – искомое значение расхода, единицы измерения – кг/ч;
• Q – тепловая мощность, расходуемая на обогрев помещения (посчитана в предыдущем разделе), Вт;
• Δt – разница температур теплоносителя в подающей и обратной ветке, для греющего пола обычно принимается равной 10 °С.

Пример. На обогрев гостиной площадью 15.75 м² понадобится 15.75 х 130 = 2048 Вт теплоты. Часовой расход нагретой воды составит G = 0.86 х 2048 / 10 = 176.13 кг/ч.

Чтобы выяснить температуру поверхности полов, необходимо знать тип покрытия, поскольку плитка, линолеум и деревянный паркет (ламинат) пропускают тепловой поток по-разному. Предположим, в упомянутой гостиной планируется стелить линолеум, тогда обращаемся к номограмме, где отражены такие параметры:

• перепад между средней температурой теплоносителя и воздухом гостиной;
• удельная теплоотдача с 1 м² полов;
• соответствующая ей температура поверхности;
• графики для шага раскладки труб от 10 до 35 см.

Чтобы определить степень нагрева покрытия, выбираем номограмму, составленную для линолеума. Смотрим на удельную теплоотдачу – в гостиной она равна более 120 Вт/м², что соответствует температуре 31 °С. Ранее мы договорились, что данный показатель слишком велик и принимаем к расчету оптимальное значение – 26 °С. Тогда удельная тепловая мощность q составит 68 Вт/м².

Недостаток теплоты, возмещаемой радиаторами, посчитать нетрудно. В нашем примере найденное значение q умножаем на площадь гостиной, полученную цифру отнимаем от рассчитанного ранее показателя мощности: 2048 Вт — 68 Вт/м² х 15.75 м² = 977 Вт.

Соответственно, изменится количество теплоносителя, потребляемого напольной системой. Расход уменьшится до 0.86 х 1071 / 10 = 92,1 кг/ч.

Примечание. Аналогичные готовые графики составлены для других типов покрытий – плитки из керамогранита, ламината и толстого паркета, номограммы приведены по ходу статьи. Расчеты напольного отопления, устраиваемого в деревянных перекрытиях «сухим» способом, выполняйте по графикам для керамической плитки.

Шаг укладки и температура воды

Для напольного отопления частных домов и квартир принято укладывать трубы из металлопластика либо сшитого полиэтилена диаметром 16 х 2 мм (Ду10). Приведенные номограммы разработаны именно под эти полимерные материалы.

Выбор шага раскладки произведем на примере гостиной одноэтажного дома:

1. Используя ту же номограмму, составленную для синтетического покрытия (линолеума), выбираем график с интервалом 15 см.
2. Из точки пересечения графика с зеленой линией опускаемся на шкалу перепадов температур, получаем tп = 19 °С.
3. Находим значение средней температуры теплоносителя tср по формуле:

Здесь обозначение tв показывает желаемую температуру воздуха в гостиной, принимаем +22 °С. Считаем tср: 19 + 22 = 41 °С. Зная, что разность температур между подачей и обраткой Δt равна 10 градусов, несложно выяснить температурный график: 41 ± 5 = 46/36 °С.

Обратите внимание: если взять больший интервал между греющими трубопроводами (например, 20 см), то теплоноситель понадобится греть сильнее. В подающей линии придется держать 48 °С, в обратной — 38 °С.

Сделанный расчет температурного графика поможет верно подобрать трехходовой смесительный клапан, который нужно установить на коллекторе водяного теплого пола. При охлаждении обратной воды из контуров до 36 градусов он станет подмешивать горячий теплоноситель от газового (или другого) котла. По достижении 46 °С клапан перекроет подачу, а насос заставит воду вращаться по контурам, пока она снова не остынет.

Длина трубы и окончательные результаты

Обозначив интервал укладки петель латинской буквой b и переведя единицы в метры, рассчитайте длину трубы по формуле:

Буквой F обозначается площадь комнаты в квадратных метрах. Длина трубы в гостиной из нашего примера составит L = 15.75 м² / 0.15 м = 105 м. Здесь мы сталкиваемся со следующей проблемой: чтобы бетонный монолит прогревался равномерно, протяженность контура не должна превышать 100 м, а гидравлическое сопротивление – 20 кПа. В гостиную требуется положить 105 м плюс длина подводок, чтобы подключить нагревательный контур к гребенке.

Важный момент. Перед выполнением расчетов набросайте схему с планом дома и отведите место шкафу с коллектором. На чертеже гребенка стоит в коридоре – расстояние до всех помещений примерно одинаковое.

Как решить вопрос с большой протяженностью трубы:

1. Разбить площадь гостиной на 2 греющих контура одинаковых размеров.
2. Длину одного трубопровода определить с учетом подключения к коллектору – (105 + 5) / 2 = 55 м.
3. Сделать между двумя монолитами деформационный шов, позволяющий плитам расширяться от нагрева, не разрушая друг друга.

Чтобы правильно залить 2 плиты с деформационным швом, внимательно изучите представленную схему. Основание и утепление пенопластом у монолитов общее, разделяется лишь верхняя часть «пирога» — стяжка с трубами внутри.

Совет. Если длина контуров не превышает 60 метров, вместо дополнительного насоса и трехходового клапана рекомендуется поставить на гребенку теплых полов термоголовки RTL. Элемент ограничивает движение обратного потока, пока температура теплоносителя не достигнет расчетной (в данном примере – 36 °С).

Остается рассчитать параметры напольных контуров в остальных комнатах одноэтажного дома. Предположим, что спальня и детская застелена ламинатом, кухня – керамической плиткой. Пользуясь номограммами для указанных покрытий, выполняем расчеты, результаты заносим в общую таблицу.

Примечание. Температура напольного покрытия в детской ограничена на уровне 24 °С по требованиям санитарных нормативов. Предложенная расчетная методика опубликована в книге В. В. Покотилова «Системы водяного отопления», изданной в 2008 г.

Санузел лучше подогревать резистивным кабелем либо матами, поскольку в данном помещении жильцы пребывают не постоянно. Как рассчитываются электрический нагрев пола, читаем ниже. Если подобные вычисления кажутся вам слишком сложными, воспользуйтесь программами от ведущих производителей отопительного оборудования – Valtec, Herz Armaturen. Инструкция по применению показана на видео:

Особенности электрических напольных систем

Технология подготовки и раскладки электронагревательных элементов отличаются от устройства водяных контуров и зависит от типа выбранных нагревательных элементов:

• резистивные кабели, углеродные стержни и кабельные маты допускается укладывать «сухим» (прямо под покрытие) и «мокрым» способом (под стяжку либо плиточный клей);
• карбоновые инфракрасные пленки, показанные на фото, лучше использовать в качестве подложки под покрытие без заливки стяжки, хотя некоторые производители допускают укладку под кафельную плитку.

Для справки. Саморегулирующиеся стержневые системы представляют собой карбоновые нагревательные элементы, соединенные параллельно двумя проводниками. В случае перегорания одного стержня оставшиеся элементы увеличат мощность нагрева и продолжат отапливать комнату.

Электронагревательным элементам присущи 3 особенности:

• равномерная теплоотдача по всей длине;
• интенсивностью нагрева и температурой поверхности управляет терморегулятор, ориентирующийся на показания датчиков;
• нетерпимость к перегреву.

Последнее свойство – самое неприятное. Если на участке контура заставить полы мебелью без ножек или стационарной бытовой техникой, нарушится теплообмен с окружающим воздухом. Кабельные и пленочные системы станут перегреваться и прослужат недолго. Все нюансы данной проблемы освещены в очередном видео:

Саморегулирующиеся стержни спокойно переносят подобные вещи, но здесь начинает влиять другой фактор – покупать и закладывать дорогие карбоновые нагреватели под мебель нерационально.

Подбор кабельных и пленочных нагревателей

В связи с перечисленными моментами расчет электрического подогрева несколько упрощается, параметры кабельного теплого пола определяются следующим образом:

1. Вычислите количество теплоты, нужное для отопления конкретного помещения (смотри раздел первый).
2. Нарисуйте планировку комнаты с расположением стационарной мебели и бытовой техники. Чертеж делайте в масштабе к реальным размерам шкафов, стиральных машин и так далее.
3. Посчитайте свободную площадь комнаты, отняв квадратуру занятых участков.
4. Найденное ранее количество тепла следует распределить на оставшуюся площадь. Разделите потребную мощность на квадратуру свободного участка – получите теплоотдачу с 1 м².
5. Резистивные кабели и маты с тепловой мощностью 9—25 Вт/м. п. продаются фиксированной длины. Выберите по каталогу производителя нагревательный элемент по требуемой теплоотдаче.
6. Квадратуру свободного участка поделите на длину выбранного изделия – узнаете шаг раскладки кабеля.

Пример расчета санузла одноэтажного дома площадью 6 м², из которых 2.5 м² заняты ванной, раковиной и шкафчиком. Квадратура свободного участка – 3.5 м², потребная тепловая мощность – 600 Вт. По каталогу известного бренда Devi выбираем двухжильный греющий кабель марки DEVIflex 18T длиной 37 метров с теплоотдачей 622 Вт. Делим 3,5 м² на 37 м, получаем шаг укладки 0.095 м, округленно – 10 см.

Примечание. Еще проще подбирать кабельные маты – производитель указывает площадь, занимаемую нагревательным элементом. Для санузла подходит изделие мощностью 635 Вт марки DEVImat 200T, рассчитанное на квадратуру 3.45 м. кв.

Аналогичным образом рассчитываются и подбираются пленочные нагреватели, закладываемые под напольное покрытие. Маленький нюанс: при монтаже карбоновой пленки либо резистивного кабеля в жилых комнатах делается минимальный отступ от перегородок 150 мм. Эти полосы вдоль стен тоже придется отнять от общей квадратуры. На лоджиях, балконах и ванных комнатах этот отступ принимается равным шагу укладки (в примере – 10 см).

Заключение

В приведенной расчетной методике не упоминается об утеплении «пирога» теплого пола со стороны грунта либо перекрытия. Причина проста: теплоизоляция должна присутствовать в любом случае, на земле – 10 см пенопласта или плотной минеральной ваты, по перекрытию – 20 мм экструдированного пенополистирола. Точный расчет материала и толщины утеплителя – обширная тема для отдельной публикации.

Если ход вычислений показался вам чересчур сложным, попробуйте использовать онлайн-средства – калькуляторы, выкладываемые на различных сайтах. Но помните – результаты подсчетов необходимо проверять с помощью специализированных программ либо предложенным графическим способом. Пример работы с программным комплексом от бренда Herz Armaturen представлен на видео.