Расчет теплого пола электрического: основные параметры

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.

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.

С чего начать расчет?

Главным параметром при выборе комплекта для теплого пола является электрическая мощность (нагрузка), величина которой зависит непосредственно от таких факторов:

Монтаж системы «теплый пол» позволяет быстро обогреть помещение и экономно распределить тепло.

1. Площадь обогреваемого помещения — та часть пола, которая не занята мебелью, крупной бытовой техникой или другими громоздкими предметами (так называемая полезная площадь). В связи с этим нужно четко понимать, где будет расположена мебель.
2. Вид предполагаемого обогрева (основной либо дополнительный). Мощность теплых электрических полов, предназначенных для основного отопления, будет больше, чем у служащих для дополнительного обогрева. Второй вид используется в квартире, когда еще не начался отопительный сезон, для поддержания определенного уровня температуры, в гараже.
3. Тип помещения — кухня, комната, ванная, балкон (лоджия), гараж и др. Все они имеют разные функциональные предназначения, и, соответственно, требования к температуре в конкретных случаях будут разными.
4. Размещение помещения. Имеется в виду этаж, где расположена квартира, офис и т. д.
5. Толщина перекрытия нагревательного кабеля. Чем толще будет шар перекрытия кабеля (теплоизоляционный материал, стяжка), тем меньшей мощности нужен кабель.

Все эти факторы связаны между собой и влияют на величину мощности электрического кабеля. Например, в случае когда теплый электрический пол является основным источником обогрева, полезная площадь должна быть не ниже 70% от общей площади помещения.

При расчете теплого пола также используется понятие удельной мощности (Pудел) — это нагрузка с расчетом на 1 м² площади. С учетом всех перечисленных факторов ниже приведена таблица примерных значений удельной мощности для разных типов помещений.

Тип помещения	Основной обогрев	Дополнительный обогрев
1 этаж здания	Выше 1 этажа	1 этаж здания	Выше 1 этажа
Кухня, жилая комната	170-180 Вт/ м²	150-160 Вт/ м²	140 Вт/ м²	120 Вт/ м²
Ванная комната	170-180 Вт/ м²	170-180 Вт/ м²	140-150 Вт/ м²	140 Вт/ м²
Лоджия, балкон	160-180 Вт/ м²	150-160 Вт/ м²	130-150 Вт/ м²	120-130 Вт/ м²

На основании этой таблицы значений можно выполнить расчет теплого электрического пола для любого помещения, схожего по типу применения с вышеперечисленными.

Особенности разных типов инфракрасных полов

Производство инфракрасных полов постоянно совершенствуется. Производители стараются учесть предпочтения потребителей. По типу конструкции ИК полы бывают:

• плёночными;
• стержневыми.

Плёночные, в свою очередь, разделяются на сплошные и полосатые, по типу нанесения карбона, который и является источником инфракрасного излучения. Плёнка со сплошным напылением карбона просто монтируется, легко режется. Она отдаёт тепло от всей площади,  динамика прогрева выше, чем при нанесении карбона полосами.

Карбоновые полосы объединены в группы, между которыми можно делать разрезы. Так как подключение к источнику питания параллельное, при выходе из строя какого-то блока остальная площадь «полосатой ИК плёнки» останется рабочей.

Плёнка со сплошным напылением в этом случае более совершенная, так как из строя выходят только места надрыва или разреза. Срок службы и цена у сплошной карбоновой плёнки выше, чем у полосатой.

Стержневой ИК пол выглядит внешне как веревочная лестница. Множество стрежней, которые заполнены карбоном, медью и серебром, соединены между собой проводами. Стержневой мат обладает способностью к саморегуляции. Его монтаж отличается от плёночного типа тем, что для укладки требуется делать «мокрую» цементную стяжку. Однако срок службы еще выше, чем у сплошной плёночной, и он не боится тяжёлых механических нагрузок.

Виды системы теплого пола

Решение об установке теплого пола, не должно быть спонтанным, иначе ваш выбор может упасть на некачественные, или неподходящие именно под ваш пол системы.

Рассмотрим особенности каждого из них:

• Водяная система. Из названия можно понять, что обогрев происходит с помощью воды. По специальным трубам, которые улаживаются в пол, происходит движение воды, которая была нагрета в специально котле.
• Такая система состоит из полипропиленовых или металлопластиковых труб, коллектора, трехходовых клапанов и систем, с помощью которых можно регулировать температурные показатели.
• Стоит отметить, что установка данной системы очень сложная и ресурсозатратная. Привлекает данная система тем, что затраты на содержание такой системы гораздо ниже, чем у электрических систем.
• В целом, к плюсам данной системы можно отнести уникальная совместимость с любым полом, экономичность и эффективность, возможность использовать такую систему, как единственный источник обогрева в доме или квартире, не создает сухость в воздухе.

Среди минусов данной системы отмечают сложность процесса установки, необходимость помощи специалиста, ведь монтажные работы действительно могут вызвать трудности, высокая цена на саму систему и на услуги профессионалов.

Подробнее рассмотрим каждый из них:

• — Кабельный способ установки отличается тем, что здесь используются одножильные или двужильные кабели. Такую систему довольно просто установить и подключить к системе, а гибкость кабеля даст вам возможность уложить его в том виде, в котором вы пожелаете.
• — Нагревательный мат. Это наиболее удобной способ установки, ведь для ее установки вам нужно только лишь развернуть специальный мат в месте, где будет происходить отопление, и подключить его. Из-за тонкости материала изготовления, такие маты очень просто уложить в пол, что и делает данный способ более привлекательным.
• — Инфракрасный пленочный пол. Данная система, основным источником подогрева, использует инфракрасные излучения, которые нагревают поверхность. В целом, такая система выглядит как тонкие пленки с токопроводящей углеродной полосой или же полностью покрыты углеродными слоями.

Основные параметры для проектирования ТП

Расположение нагревательных элементов, влияющих на удельную мощность теплового пола на 1м2, проектируют, основываясь на теплофизических характеристиках строения. В этом достаточно сложном процессе, приходится учитывать множество различных факторов, в том числе:

• региональные тепловые стандарты – минимальную наружную температуру воздуха в наиболее холодный период года;
• среднюю температуру в каждой из комнат и их расположение;
• особенности строительных конструкций – материал и толщину стен, пола и потолка или межэтажных перекрытий;
• количество и тип окон, их общую площадь, коэффициент теплопотерь, во многом зависящий от разновидности установленных стеклопакетов;
• позиционирование здания относительно сторон света;
• высоту помещений, а также ряд других.

Предложенный перечень параметров, оказывающий влияние на расчет теплых полов, далеко не полный – опытный специалист теплотехник укажет еще с десяток важных теплофизических характеристик.

Тем не менее, первоочередная задача подобного проектирования заключается в подборе такой теплопроизводительности ТП, которая гарантированно сможет компенсировать все энергетические потери отапливаемого здания. Нельзя также забывать, что рекомендуется увеличивать вычисленную теоретическую мощность на 10-15% для того, чтобы тепловая установка не работала на пределе своих возможностей.

Независимо от того, будет ли выполняться расчет теплых полов своими руками либо силами профильных специалистов, во всех случаях отталкиваются от требований ГОСТ Р 55656-2013 «Энергетические характеристики зданий. Расчет использования энергии для отопления помещений». Ниже приводится упрощенная методика для самостоятельного проектирования небольшой квартирной установки обогрева полов.

Саморегулирующиеся кабели

Благодаря особому строению греющие провода такого типа не перегреваются. Саморегулирующийся кабель для теплого пола состоит из последовательно соединенных маленьких сегментов. Каждый из них насчитывает две токопроводящие жилы, между которыми располагается полимер, выделяющий тепло.

Саморегуляция электрического пола данного типа основана на свойствах полимера, у которого электрическое сопротивление во многом зависит от температурного режима. Чем он выше, тем больше сопротивление.

По этой причине в процессе нагрева полимера и возрастания степени сопротивления сила тока, идущего через элемент, понижается, а значит, уменьшается количество выделяемой тепловой энергии. Так регулируется теплоотдача каждого сегмента. При этом температура соседних элементов друг от друга не зависит. Стоимость такой проводки под теплый пол намного дороже, чем из резистивных кабелей.

Расчет длины трубы теплого пола с помощью SketchUP

Шаг 1. В программе рисуется макет комнаты с указанием ее размеров и дверных проемов.

Рисуется макет комнаты

Шаг 2. Макет комнаты размечается сеткой с нужным шагом укладки трубы.

Макет размечается сеткой

Шаг 3. По сетке рисуется схема расположения труб.

Схема расположения труб теплого пола

Шаг 4. Чтобы точнее рассчитать расход, углы в схеме скругляются.

Далее углы скругляются

Шаг 5. Теперь достаточно выделить всю трассу и посмотреть ее длину.

Определяется длина трассы

Расчет всех показателей теплого пола, в том числе длины труб, мощности и многого другого – процесс, требующий ответственного подхода. От того, насколько точны результаты, будет зависеть и качество всей работы.

Принцип расчета систем теплых полов

Элементы конструкции

Для расчета понадобиться учесть устройство электрического теплого пола. Схема данного вида обогрева включает в себя:

• нагревательный элемент;
• силовой кабель;
• температурный датчик нагрева;
• терморегулятор.

Термодатчики осуществляют контроль температуры нагрева, нагревательные элементы соответственно осуществляют обогрев. Эти детали монтируются непосредственно в пол, и при помощи монтажных (силовых) кабелей соединяются с терморегулятором, который задает режим работы.

В качестве нагревательного элемента могут применяться:

• нагревательный кабель;
• инфракрасное пленочное покрытие;
• сетчатый мат.

Наиболее требовательна к технологии укладки система теплого пола с  применением нагревательного кабеля, а самой неприхотливой конструкцией считается пленочный пол.

Для обустройства кабельной системы теплого пола применяются нагревательные кабели. Одножильный отличается дешевизной относительно двухжильного, но при этом расчет и установка его значительно сложнее. Электрический пол с применением одножильного кабеля создает электромагнитное поле по всей площади укладки, характеризующееся значительной интенсивностью. По этой причине такой вид обогрева не рекомендуется для жилых помещений.

Двухжильный термокабель укладывается проще, благодаря направленному движению тока в оба направления индукционное воздействие такой конструкции не превышает допустимых норм. Для расчета электрического теплого пола рекомендуется учитывать геометрию площади комнаты.

Двухжильный кабель

Общие правила расчета

Расчет мощности обогрева зависит от площади помещения, его типа и рабочего режима. Каждый из указанных параметров оказывает определенное влияние на показатель мощности.

Площадь обогреваемого помещения

При монтаже системы обогрева учитывается только пространство, не занятое мебелью и бытовой техникой. Для расчета также учитывается только свободное пространство. Площади под мебелью и техникой не учитываются по следующим причинам:

• недостаточная циркуляция воздуха под предметами приводит к перегреву;
• избыток тепла отрицательно сказывается на эти объекты.

Для расчета площади из общего значения отнимают суммарную площадь, занятую предметами интерьера.

Как расположить теплый пол под мебелью

Режим обогрева и тип помещения

Расчет электрического теплого пола напрямую зависит от условий эксплуатации. Важная роль принадлежит назначению системы обогрева: будет ли она единственным или вспомогательным источником отопления.

Чтобы рассчитать теплый пол рекомендовано пользоваться усредненными значениями мощности. Ее показатели составят от 150 до 180 Вт/м2 в случае основного источника. Обогреваемая площадь в этих условиях должна составлять не менее 70% от общей.

Система, применяемая в качестве дополнительного источника допускает значения от 110 до 140 Вт/м2 .

Показатели мощности зависят от теплопроводности помещения. Учитывается этаж, назначение и другие аспекты. Так, например, для кухни достаточно использовать в расчете 120 Вт/м2, а для остекленной лоджии понадобится мощность в 180 Вт/м2.

Помещения, расположенные на первом этаже, требуют повышенной мощности обогрева примерно на 15-20% от средних значений.

Для эффективности системы необходимо произвести дополнительное утепление помещения во избежание потерь тепла.

Это интересно: Подключение электрического котла отопления — схема, видео, инструкция

Расчет необходимого количества труб

Для устройства пола с водяным обогревом выбирают разные методы укладки труб, отличающиеся формой: змейка трех видов — собственно змейка, угловая, двойная и улитка. В  одном смонтированном контуре моет встречаться комбинация разных форм. Иногда для центральной зоны пола выбирают «улитку» а для краев — однин из видов «змейки».

«Улитка» — рациональный выбор для объемных помещений с простой геометрией. В помещениях сильно вытянутых или имеющих сложные очертание лучше применить «змейку»

Дистанцию между трубами называют шагом. Выбирая этот параметр нужно удовлетворить 2 требования: ступня ноги не должна чувствовать разницы температуры на отдельных зонах пола, а использовать трубы нужно максимально эффективно. Для пограничных зон пола рекомендуют применять шаг в 100 мм. На остальных участках можно сделать выбор шага в пределах от 150 до 300 мм.

Важное значение имеет теплоизоляция пола. На первом этаже ее толщина должна достигать минимум 100 мм

Для этой цели используют минвату или экструзивный пенополистирол

Для подсчета длины трубы есть простая формула:

L = S / N х 1,1

В ней фигурирует площадь контура (S), шаг (N),10% запас на изгибы (1,1). К итоговому значению добавляют отрезок трубы, проложенной от коллектора до разводки теплого контура как на обратке, так и на подаче.

Ознакомьтесь с примером расчета метража трубы для теплого пола, занимающего площадь 10 м². Коллектор удален от пола на 6 м, а труба уложена с шагом 0,15 м. Решение задачи простое: 10/0, 15 х 1,1 + (6 х 2) = 85,3 м. Используя металлопластиковые трубы длиной до 100 м, чаще всего выбирают диаметр 16 или 20 мм. При длине трубы 120-125 м сечение ее должно равняться 20 мм².

Одноконтурная конструкция подходит только для помещения с небольшой площадью. Пол в больших комнатах делят на несколько контуров в соотношении 1:2, обозначающем, что длина конструкции должна превышать ширину в 2 раза.

Вычисленное ранее значение — это протяженность трубы для пола в целом, но для полноты картины нужно выделить длину отдельного контура. На этот параметр влияет гидравлическое сопротивление контура, определяемое диаметром выбранных труб и объемом воды подаваемой в единицу времени. Если этими факторами пренебречь, потери давления будут настолько большими, что никакой насос не заставит теплоноситель циркулировать.

Если длина трубы на отрезке коллектор-разводка пола превышает 15 м, специалисты рекомендуют приплюсовать к табличным значениям 2 м²

Контуры одной длины — это случай идеальный, но на практике встречающийся нечасто, т.к площади помещений разного предназначения очень отличается и приводить длину контуров к одному значению просто нецелесообразно. Профессионалы допускают разницу в длине труб от 30 до 40%.

Величиной диаметра коллектора и пропускной способностью узла смешения определяется допустимое число петель, подключенных к нему. В паспорте на узел смешения всегда можно найти величину тепловой нагрузки, на которую он рассчитан. Допустим, коэффициент пропускной способности (Kvs) равен 2,23 м3/ч. При таком коэффициенте определенные модели насоса выдерживают нагрузку от 10 до 15 т. Вт.

Чтобы определить количество контуров нужно вычислить тепловую нагрузку каждого. Если площадь, занимаемая теплым полом, равняется 10 м², а теплоотдача 1 м² составляет 80 Вт, то 10 х 80 = 800 Вт. Отсюда, узел смешения сможет обеспечить 15 000/800 = 18,8 помещений или контуров площадью по 10 м².

Эти показатели максимальные, и применить их можно только теоретически, а в действительности цифру нужно уменьшить минимум на 2, тогда 18 – 2 = 16 контуров. Нужно при подборе коллектора смотреть, есть ли у него такое количество выводов.

Проверка правильности подбора диаметра труб

Чтобы проверить, правильно ли было подобрано сечение труб, можно воспользоваться формулой:

υ = 4 х Q х 10ᶾ/n х d²

Когда скорость соответствует найденному значению, сечение труб выбрано верно. Нормативные документы допускают скорость максимум 3 м/сек. при диаметре до 0,25 м, но оптимальным значением является 0,8 м/сек. т.к. при росте ее величины повышается шумовой эффект в трубопроводе.

Элементы конструкции

Система электрического тёплого пола состоит из нескольких взаимосвязанных частей. К ним относятся:

• терморегулятор;
• термодатчик;
• силовой кабель;
• нагревающий элемент.

Функционирует это таким образом: к терморегулятору, который ставится в стену через силовые (монтажные) провода подключаются остальные составляющие. Нагревающий элемент и термодатчик монтируются в пол. Первый из них греет, а второй — контролирует температуру.

Чаще всего на практике применяются три вида нагревающих элементов:

• сетчатый мат;
• инфракрасная плёнка;
• нагревательный кабель.

Плёнка и мат менее требовательны к монтажу. Они могут укладываться под слой плиточного клея даже при его толщине в несколько миллиметров. Поэтому идеально подходят для установки под кафель. А инфракрасную плёночную систему вообще можно ставить непосредственно под паркет или ламинат.

С кабельным вариантом дела обстоят немного сложнее. Во-первых, такое устройство необходимо заливать стяжкой, во-вторых — нужно рассчитывать шаг витка во время укладки. К тому же сам кабель делится на несколько разновидностей.

Разновидности кабеля

Для вашего пола может быть использован одножильный кабельный нагревающий элемент или его двужильный аналог. Одножильный — самый простой, дешёвый и неудобный в применении. Один из его главных недостатков — сложность в расчёте и установке. Она возникает из-за необходимости сводить оба конца кабеля в одно место. То есть укладывать его надо таким образом, чтобы финишировать возле места подключения к терморегулятору.

Не менее существенный минус — интенсивное электромагнитное поле по всей протяжённости провода. Оно считается вредным для здоровья человека. По этой причине системы с одножильным элементом использовать в жилых помещениях не рекомендуют.

Двужильный стоит немного дороже, но и трудностей с ним меньше. Расположение проводов для подачи и возврата тока в одном кабеле решает обе озвученные проблемы. При его монтаже достаточно учесть геометрию помещения, а индукционное поле гасится движением тока в разных направлениях.

Теперь можно приступать непосредственно к подготовке вычислений.

Определение желаемой температуры в комнатах

Итоговый показатель температуры пола зависит от того, с какой целью используется комната. Например:

• +29-30 градусов – холлы, прихожие;
• +27-29 – кабинеты, комнаты жилые;
• +30-35 – полы возле окон, на верандах;
• +32 – ванные, санузлы;
• +17-19 – спортивные залы.

Монтаж водяного теплого пола

При этом температура теплоносителя не должна быть менее +40 градусов или превышать +60. Система подогрева должна быть такой, чтобы разница между температурными показателями прямой и обратной труб в случае с водяными полами не превышала 15 градусов. Иначе основание будет прогрето абсолютно неравномерно.

Баланс тепловых/гидравлических нагрузок для водяного пола должен быть также оптимален и выверен. Поэтому нагревательные контуры должны иметь определенную длину в соответствии с диаметром. Оптимальный вариант трубы – 18 мм, так как даже при небольшом количестве воды такой трубопровод будет правильно работать и обогревать основание.

Какие требования к помещениям должны быть соблюдены при установке системы

При монтажных работах самым правильным решением будет, когда трубопровод устанавливается на начальном этапе возведений перекрытий. Такой метод экономичнее радиаторного на 30 – 40 %

Так же возможно установить водяную отопительную конструкцию уже в готовом помещении, но для экономии семейного бюджета, здесь стоит обратить внимание на следующие требования:

1. Высота потолков должна позволить смонтировать теплые полы толщиной от 8 до 20 сантиметров.
2. Высота дверных проемов не должна быть меньше 210 сантиметров.
3. Для монтажа цементно – песчаной стяжки, пол должен быть более прочный.
4. Во избежание завоздушенности контуров и высокого гидравлического сопротивления, поверхность для основания конструкции должна быть ровной и чистой. Допустимая норма неровности составляет не более 5 миллиметров.

А так же в самом здании или в отдельных комнатах, где будет установлена система отопления, должны быть выполнены  штукатурные работы и вставлены все окна.

Общие сведения по результатам расчетов

• Общий тепловой поток
  – Кол-во выделяемого тепла в помещение. Если тепловой поток меньше тепловых потерь помещения, необходимы дополнительные источники тепла, например, такие как настенные радиаторы.
• Тепловой поток по направлению вверх
  – Кол-во выделяемого тепла в помещение с 1 квадратного метра площади по направлению вверх.
• Тепловой поток по направлению вниз
  – Кол-во “теряемого” тепла и не участвующего в обогреве помещения. Для уменьшения данного параметра необходимо выбирать максимально эффективную теплоизоляцию под трубами ТП* (*теплого пола).
• Суммарный удельный тепловой поток
  – Общее кол-во тепла, выделяемого системой ТП с 1 квадратного метра.
• Суммарный тепловой поток на погонный метр
  – Общее кол-во тепла, выделяемого системой ТП с 1 погонного метра трубы.
• Средняя температура теплоносителя
  – Средняя величина между расчетной температурой теплоносителя подающего трубопровода и расчетной температурой теплоносителя обратного трубопровода.
• Максимальная температура пола
  – Максимальная температура поверхности пола по оси нагревательного элемента.
• Минимальная температура пола
  – Минимальная температура поверхности пола по оси между трубами ТП.
• Средняя температура пола
  – Слишком высокое значение данного параметра может быть дискомфортно для человека (нормируется СП 60.13330.2012). Для уменьшения данного параметра необходимо увеличить шаг труб, снизить температуру теплоносителя либо увеличить толщину слоев над трубами.
• Длина трубы
  – Общая длина трубы ТП с учетом длины подводящей магистрали. При высоком значении данного параметра калькулятор рассчитает оптимальное кол-во петель и их длину.
• Тепловая нагрузка на трубу
  – Суммарное количество тепловой энергии, получаемое от источников тепловой энергии, равное сумме теплопотреблений приемников тепловой энергии и потерь в тепловых сетях в единицу времени.
• Расход теплоносителя
  – Массовое кол-во теплоносителя предназначенного для подачи необходимого кол-ва тепла в помещение в единицу времени.
• Скорость движения теплоносителя
  – Чем выше скорость движения теплоносителя, тем выше гидравлическое сопротивление трубопровода, а также уровень шума, создаваемого теплоносителем. Рекомендуемое значение от 0.15 до 1м/с. Данный параметр можно уменьшить за счет увеличения внутреннего диаметра трубы.
• Линейные потери давления
  – Снижение напора по длине трубопровода, вызванного вязкостью жидкости и шероховатостью внутренних стенок трубы. Без учета местных потерь давления. Значение не должно превышать 20000Па. Можно уменьшить за счет увеличения внутреннего диаметра трубы.
• Общий объем теплоносителя
  – Общее кол-во жидкости для заполнения внутреннего объема труб системы ТП.

Калькулятор работает в тестовом режиме. Дата добавления калькулятора 11.03.2018