Изчисление на тръби за топъл под: подбор на тръби по параметри, избор на стъпка на полагане + пример за изчисление

Въпреки сложността на монтажа, подовото отопление с воден контур се счита за един от най-рентабилните методи за отопление на помещението. За да функционира системата максимално ефективно и без повреди, трябва правилно да се извърши изчисление на тръбите за топъл под – да се определи дължината, стъпката на контура и схемата на полагане.

От тези показатели до голяма степен зависи комфортът при използване на водното отопление. Именно тези въпроси ще разгледаме в нашата статия – ще разкажем как да изберем оптималния вариант на тръбите, като вземем предвид техническите характеристики на всеки вид. Също така, след прочитане на тази статия, Вие ще можете правилно да изберете стъпката на полагане и да изчислите необходимия диаметър и дължина на контура на топъл под за конкретното помещение.

Параметри за изчисление на топлинния контур

На етапа на проектиране е необходимо да се решат редица въпроси, определящи конструктивните особености на топлия под и режима на експлоатация – да се избере дебелината на замазката, помпата и друго необходимо оборудване.

Техническите аспекти на организацията на отоплителния клон до голяма степен зависят от неговото предназначение. Освен предназначението, за точното изчисление на дължината на водния контур ще са необходими редица показатели: площ на покритие, плътност на топлинния поток, температура на топлоносителя, вид на подовата настилка.

Площ на покритие с тръби

При определяне на размерите на основата за полагане на тръбите се взема предвид пространството, което не е затрупано с едра техника и вградени мебели. Необходимо е предварително да се обмисли разположението на предметите в помещението.

Ако водният под се използва като основен източник на топлина, неговата мощност трябва да е достатъчна за покриване на 100% от топлинните загуби. Ако серпентината е допълнение към радиаторната система, тя трябва да покрива 30-60% от разходите за топлинна енергия на помещението.

Топлинен поток и температура на топлоносителя

Плътността на топлинния поток е изчислителен показател, характеризиращ оптималното количество топлинна енергия за отопление на помещението. Стойността зависи от редица фактори: топлопроводимост на стените, подовите конструкции, площта на остъкляване, наличието на изолация и интензивността на въздухообмена. Въз основа на топлинния поток се определя стъпката на полагане на контура.

Максималната температура на топлоносителя е 60 °С. Въпреки това дебелината на замазката и подовата настилка намаляват температурата – в действителност на повърхността на пода се наблюдава около 30-35 °С. Разликата между температурните показатели на входа и изхода на контура не трябва да надвишава 5 °С.

Вид на подовата настилка

Финишното покритие влияе върху ефективността на системата. Оптимална топлопроводимост имат плочките и керамогранитът – повърхността се нагрява бързо. Добър показател за ефективност на водния контур се получава при използване на ламинат и линолеум без топлоизолационен слой. Най-ниска топлопроводимост има дървеното покритие.

Степента на топлоотдаване зависи и от материала на заливката. Системата е максимално ефективна при използване на тежък бетон с естествен пълнител, например морски камъчета с дребна фракция.

Цименто-пясъчният разтвор осигурява средно ниво на топлоотдаване при загряване на топлоносителя до 45 °С. Ефективността на контура значително спада при изпълнение на полусуха замазка.

При изчисляване на тръбите за подово отопление трябва да се вземат предвид установените норми за температурния режим на покритието:

• 29 °С – жилищна стая;
• 33 °С – помещения с повишена влажност;
• 35 °С – проходни зони и студени пояси – участъци по протежение на крайните стени.

Климатичните особености на региона играят важна роля за определяне на плътността на полагане на водния контур. При изчисляване на топлинните загуби трябва да се вземе предвид минималната температура през зимата.

Както показва практиката, предварителното изолиране на цялата къща помага за намаляване на натоварването. Има смисъл първо да се топлоизолира помещението, а след това да се пристъпи към изчисляване на топлинните загуби и параметрите на тръбния контур.

Оценка на техническите свойства при избор на тръби

Поради нестандартните условия на експлоатация, към материала и типоразмера на серпентината на водния под се предявяват високи изисквания:

• химическа инертност, устойчивост на корозионни процеси;
• наличие на абсолютно гладко вътрешно покритие, което не е склонно към образуване на варовикови отлагания;
• здравина – отвътре стените са постоянно изложени на топлоносителя, а отвън – на замазката; тръбата трябва да издържа на налягане до 10 бара.

Желателно е отоплителният клон да има малко специфично тегло. Конструкцията на водния под и без това оказва значително натоварване на плочата, а тежкият тръбопровод само ще влоши ситуацията.

Съгласно СНиП в затворени отоплителни системи е забранено използването на заварени тръби независимо от вида на шева: спирален или прав.

На изброените изисквания в по-голяма или по-малка степен отговарят три категории тръбен материал: омрежен полиетилен, металопластик, мед.

Вариант #1 – омрежен полиетилен (PEX)

Материалът има мрежеста ширококлетъчна структура на молекулярните връзки. От обикновения полиетилен модифицираният се отличава с наличие както на надлъжни, така и на напречни връзки. Такова строене повишава специфичното тегло, механичната якост и химичната устойчивост.

Водният кръг от PEX тръби притежава редица предимства:

• висока еластичност, позволяваща полагането на серпентина с малък радиус на огъване;
• безопасност – при нагряване материалът не отделя вредни компоненти;
• термоустойчивост: омекване – от 150 °С, топене – 200 °С, горене – 400 °С;
• запазва структурата при температурни колебания;
• устойчивост на повреди – на биологични разрушители и химични реагенти.

Тръбопроводът запазва първоначалната си пропускателна способност – по стените не се отлага утайка. Ориентировъчен експлоатационен срок на PEX кръга – 50 години.

Към недостатъците на омрежения полиетилен могат да се отнесат: страх от слънчеви лъчи, отрицателно въздействие на кислорода при проникването му във вътрешността на структурата, необходимост от твърда фиксация на серпентината при полагане.

Различават се четири групи изделия:

1. PEX-а – пероксидно омрежване. Постига се най-здрава и равномерна структура с плътност на връзките до 75%.
2. PEX-b – силаново омрежване. В технологията се използват силаниди – токсични вещества, недопустими за битова употреба. Производителите на водопроводна продукция го заменят с безопасен реагент. За монтаж са допустими тръби с хигиеничен сертификат. Плътност на омрежване – 65-70%.
3. PEX-c – радиационен метод. Полиетиленът се подлага на облъчване с поток от гама-лъчи или електрони. В резултат връзките се уплътняват до 60%. Недостатъци на PEX-c: небезопасност на приложение, неравномерност на омрежването.
4. PEX-d – азотиране. Реакцията за създаване на мрежа протича за сметка на радикали на азота. На изхода се получава материал с плътност на омрежване от порядъка на 60-70%.

Якостните характеристики на PEX тръбите зависят от метода на омрежване на полиетилена.

Ако сте спрели на тръби от омрежен полиетилен, препоръчваме да се запознаете с правилата за изграждане на системата за топъл под от тях.

Вариант #2 – металопласт

Лидер в тръбния прокат за изграждане на подово отопление – металопластик. Конструктивно материалът включва пет слоя.

Вътрешното покритие и външната обвивка са от полиетилен с висока плътност, който придава на тръбата необходимата гладкост и термична устойчивост. Междинният слой е алуминиева подложка.

Металът увеличава здравината на тръбопровода, намалява показателя за топлинно разширение и действа като антидифузна бариера – прегражда достъпа на кислород до топлоносителя.

Характеристики на металопластиковите тръби:

• добра топлопроводност;
• способност да задържа зададената конфигурация;
• работна температура със запазване на свойствата – 110 °C;
• малко специфично тегло;
• безшумно движение на топлоносителя;
• безопасност на приложение;
• устойчивост на корозия;
• продължителност на експлоатация – до 50 години.

Недостатък на композитните тръби – недопустимост на огъване по отношение на оста. При многократно усукване съществува риск от увреждане на алуминиевия слой. Препоръчваме ви да се запознаете с правилната технология на монтаж на металопластиковите тръби, което ще помогне да се избегнат повреди.

Вариант #3 – медни тръби

По технико-експлоатационни характеристики жълтият метал ще бъде най-добрият избор. Въпреки това търсенето му е ограничено от високата цена.

В сравнение със синтетичните тръбопроводи медният контур печели по няколко пункта: топлопроводност, термична и физическа здравина, неограничена вариативност на огъване, абсолютна непроницаемост за газове

Освен високата цена, медният тръбопровод има допълнителен недостатък – сложност на монтажа. За огъване на контура ще е необходима прес машина или огъвачка за тръби.

Вариант #4 – полипропилен и неръждаема стомана

Понякога отоплителният клон се изгражда от полипропиленови или неръждаеми гофрирани тръби. Първият вариант е достъпен на цена, но е доста твърд на огъване – минималният радиус е от осем диаметъра на изделието.

Това означава, че тръбите с типоразмер 23 mm ще трябва да се разполагат една от друга на разстояние 368 mm – увеличеният ход на полагане няма да осигури равномерно отопление.

Неръждаемите тръби се отличават с висока топлопроводност и добра гъвкавост. Недостатъци: нетрайност на уплътнителните гумени пръстени, създаване на силно хидравлично съпротивление от гофрата.

Възможни начини на полагане на контура

За да се определи разходът на тръба за изграждане на топъл под, трябва да се определи схемата на разположение на водния контур. Основната задача на планирането на разположението е да се осигури равномерно отопление, като се вземат предвид студените и неотопляемите зони на помещението.

Възможни са следните варианти на разположение: змиевидно, двойно змиевидно и охлювче. При избора на схема трябва да се вземат предвид размерите, конфигурацията на помещението и разположението на външните стени.

Начин #1 – змийка

Топлоносителят се подава към системата покрай стената, преминава през серпентината и се връща към разпределителния колектор. В този случай половината от помещението се затопля от гореща вода, а остатъкът – от охладена.

При полагане на змиевидно не може да се постигне равномерност на отоплението – разликата в температурите може да достигне 10 °С. Методът е приложим в тесни помещения.

Схемата на ъгловата змиевидно е оптимална, ако е необходимо максимално да се изолира студената зона в края на стената или в коридора.

Двойната змиевидно позволява по-плавен преход на температурите. Правият и обратният контур вървят успоредно един на друг.

Начин #2 – охлюв или спирала

Това се счита за оптимална схема, която осигурява равномерно нагряване на подовата настилка. Правите и обратните клонове се полагат последователно.

Допълнителен плюс на „раковината“ – монтаж на отоплителния контур с плавен завой на огъване. Този метод е актуален при работа с тръби с недостатъчна гъвкавост.

На големи площи се реализира комбинирана схема. Повърхността се разделя на сектори и за всеки се разработва отделен контур, който отива към общия колектор. В центъра на помещението тръбопроводът се полага охлювче, а покрай външните стени – змиевидно.

На нашия сайт има друга статия, в която подробно разгледахме монтажните схеми на полагане на топъл под и дадохме препоръки за избор на оптимален вариант в зависимост от особеностите на конкретното помещение.

Методика за изчисление на тръби

За да не се объркаме в изчисленията, предлагаме да разделим решението на въпроса на няколко етапа. Преди всичко трябва да се оценят топлинните загуби на помещението, да се определи стъпката на полагане, а след това и да се изчисли дължината на отоплителния контур.

Принципи за изграждане на схемата

Пристъпвайки към изчисления и създаване на скица, трябва да се запознаете с основните правила за разположение на водния контур:

1. Желателно е да се полагат тръбите по протежение на прозоречния отвор – това значително ще намали топлинните загуби на сградата.
2. Препоръчителната площ на покритие от един воден контур е 20 кв. м. В големи помещения е необходимо да се раздели пространството на зони и за всяка да се положи отделен отоплителен клон.
3. Разстояние от стената до първия клон – 25 см. Допустимата стъпка на намотките на тръбите в центъра на помещението – до 30 см, а по краищата и в студените зони – 10-15 см.
4. Определянето на максималната дължина на тръбата за топъл под трябва да се основава на диаметъра на намотката.

За контур с диаметър 16 мм е допустимо не повече от 90 м, а ограничението за тръбопровод с дебелина 20 мм е 120 м. Спазването на нормите ще осигури нормално хидравлично налягане в системата.

В таблицата е даден ориентировъчният разход на тръба в зависимост от стъпката на бримката. За получаване на уточнени данни трябва да се вземе предвид запасът за завои и разстоянието до колектора.

Основна формула с обяснения

Изчисляването на дължината на контура на топъл под се извършва по формулата:

L=S/n*1,1+k,

Където:

• L – търсената дължина на отоплителната магистрала;
• S – покриваемата площ на пода;
• n – стъпка на полагане;
• 1,1 – стандартният коефициент на десетпроцентен запас за огъвания;
• k – отдалечеността на колектора от пода – вземат се предвид разстоянието до разпределението на контура на подаване и връщане.

Решаващо значение ще има площта на покритие и стъпката на намотките.

За по-голяма яснота на хартия трябва да се състави план на помещението с посочване на точните размери и да се обозначи преминаването на водния контур

Трябва да се помни, че разполагането на отоплителни тръби не се препоръчва под големи домакински уреди и вградени мебели. Параметрите на посочените предмети трябва да се извадят от общата площ.

За да се избере оптималното разстояние между клоновете, е необходимо да се извършат по-сложни математически манипулации, като се оперира с топлинните загуби на помещението.

Топлотехническо изчисление с определяне на стъпката на контура

Плътността на разполагане на тръбите пряко влияе върху големината на топлинния поток, излъчван от отоплителната система. За определяне на необходимото натоварване трябва да се изчислят топлинните загуби през зимата.

Топлинните загуби през конструктивните елементи на сградата и вентилацията трябва да бъдат напълно компенсирани от произведената топлинна енергия на водния контур

Мощността на отоплителната система се определя по формулата:

M=1,2*Q,

Където:

• М – производителност на контура;
• Q – общи топлинни загуби на помещението.

Големината Q може да се разложи на съставни части: разход на енергия през ограждащите конструкции и загуби, дължащи се на работата на вентилационната система. Нека разберем как да изчислим всеки от показателите.

Топлинни загуби през елементите на сградата

Необходимо е да се определи разходът на топлинна енергия за всички ограждащи конструкции: стени, таван, прозорци, врати и т.н. Изчислителна формула:

Q1=(S/R)*Δt

Където:

• S – площ на елемента;
• R – термично съпротивление;
• Δt – разлика между температурата вътре в помещението и навън.

При определяне на Δt се използва показателят за най-студеното време на годината.

Термичното съпротивление се изчислява по следния начин:

R=A/Кт,

Където:

• А – дебелина на слоя, м;
• Кт – коефициент на топлопроводимост, W/m*K.

За комбинирани елементи на сградата съпротивлението на всички слоеве трябва да се сумира.

Коефициентът на топлопроводимост на строителни материали и изолации може да се вземе от справочник или да се види в придружаващата документация за конкретния продукт

Повече стойности на коефициента на топлопроводимост за най-популярните строителни материали сме дали в таблицата, съдържаща се в следващата статия.

Вентилационни топлинни загуби

За изчисляване на показателя се използва формулата:

Q2=(V*K/3600)*C*P*Δt,

Където:

• V – обем на помещението, куб. м;
• K – кратност на въздухообмена;
• C – специфичен топлинен капацитет на въздуха, J/kg*K;
• P – плътност на въздуха при нормална стайна температура – 20 °C.

Кратността на въздухообмена за повечето помещения се приравнява на единица. Изключение правят къщите с вътрешна пароизолация – за поддържане на нормален микроклимат въздухът трябва да се обновява два пъти на час.

Специфичният топлинен капацитет е справочен показател. При стандартна температура без налягане стойността е 1005 J/kg*K.

В таблицата е показана зависимостта на плътността на въздуха от околната температура при условия на атмосферно налягане – 1,0132 бара (1 atm)

Общи топлинни загуби

Крайното количество топлинни загуби на помещението ще бъде: Q=Q1*1,1+Q2. Коефициентът 1,1 е увеличение на енергийните разходи с 10% поради инфилтрация на въздух през пукнатини, неплътности на строителните конструкции.

Като умножите получената стойност по 1,2, получавате необходимата мощност на подното отопление за компенсиране на топлинните загуби. Използвайки графиката на зависимостта на топлинния поток от температурата на топлоносителя, можете да определите подходящата стъпка и диаметър на тръбата.

Вертикалната скала – средният температурен режим на водния кръг, хоризонталната – показател за производството на топлинна енергия от отоплителната система на база 1 кв. м

Данните са валидни за подно отопление с пясъчно-циментова замазка с дебелина 7 mm, материал на покритието – керамични плочки. За други условия се изисква корекция на стойностите, като се вземе предвид топлопроводимостта на финалното покритие.

Например, при настилане на килим, стойността на температурата на топлоносителя трябва да се повиши с 4-5 °C. Всеки допълнителен сантиметър от замазката намалява топлоотдаването с 5-8%.

Окончателен избор на дължина на контура

Познавайки стъпката на полагане на намотките и покриваната площ, не е трудно да се определи разходът на тръби. Ако получената стойност е по-голяма от допустимата стойност, тогава е необходимо да се обособят няколко контура.

Оптимално е, ако примките имат еднаква дължина – не е необходимо да се настройва и балансира нищо. Въпреки това, на практика по-често възниква необходимост от разделяне на отоплителната магистрала на различни участъци.

Разликата в дължините на контурите трябва да остава в границите на 30-40%. В зависимост от предназначението и формата на помещението може да се «играе» със стъпката на примката и диаметрите на тръбите.

Конкретен пример за изчисление на отоплителния клон

Да предположим, че е необходимо да се определят параметрите на топлинния контур за къща с площ от 60 квадратни метра.

За изчислението ще са необходими следните данни и характеристики:

• габарити на помещението: височина – 2,7 м, дължина и ширина – съответно 10 и 6 м;
• в къщата има 5 металопластични прозореца по 2 кв. м;
• външни стени – газобетон, дебелина – 50 см, Кт=0,20 W/mK;
• допълнителна изолация на стените – пенополистирол 5 см, Кт=0,041 W/mK;
• материал на таванното покритие – стоманобетонна плоча, дебелина – 20 см, Кт=1,69 W/mK;
• изолация на тавана – плочи от пенополистирол с дебелина 5 см;
• габарити на входната врата – 0,9*2,05 м, топлоизолация – пенополиуретан, слой – 10 см, Кт=0,035 W/mK;

След това ще разгледаме стъпков пример за изпълнение на изчислението.

Стъпка 1 — изчисление на топлинните загуби през конструктивните елементи

Термично съпротивление на стеновите материали:

• газобетон: R1=0,5/0,20=2,5 кв.м*K/W;
• пенополистирол: R2=0.05/0.041=1.22 кв.м*K/W.

Термичното съпротивление на стената като цяло е: 2,5+1,22=3,57 кв. м*K/W. Приемаме средната температура в къщата за +23 °C, а минималната навън – 25 °C със знак минус. Разликата в показателите е 48 °C.

Изчисление на общата площ на стената: S1=2,7*10*2+2,7*6*2=86,4 кв. м. От получената стойност е необходимо да се извади стойността на прозорците и вратата: S2=86,4-10-1,85=74,55 кв. м.

Замествайки получените стойности във формулата, получаваме топлинните загуби на стената: Qc=74,55/3,57*48=1002 W

По аналогия се изчисляват топлинните загуби през прозорците, вратата и тавана. За оценка на енергийните загуби през тавана се взема предвид топлопроводността на материала на покритието и изолацията.

Крайното термично съпротивление на тавана е: 0,2/1,69+0,05/0,041=0,118+1,22=1,338 кв. м*K/W. Топлинните загуби ще са: Qп=60/1,338*48=2152 W.

За да се изчисли изтичането на топлина през прозорците, е необходимо да се определи среднопретеглената стойност на топлинното съпротивление на материалите: стъклопакет – 0,5 и профил – 0,56 кв. м*K/W съответно.

Rо=0,56*0,1+0,5*0,9=0,56 кв.м*К/Вт. Тук 0,1 и 0,9 са делът на всеки материал в прозоречната конструкция.

Теплопотери окна: Qо=10/0,56*48=857 Вт.

Като се вземе предвид топлоизолацията на вратата, нейното термично съпротивление ще бъде: Rд=0,1/0,035=2,86 кв. м*К/Вт. Qд=(0,9*2,05)/2,86*48=31 Вт.

Общо топлинни загуби през ограждащите елементи са: 1002+2152+857+31=4042 Вт. Резултатът трябва да се увеличи с 10%: 4042*1,1=4446 Вт.

Стъпка 2 — топлина за отопление + общи топлинни загуби

Първо ще изчислим разхода на топлина за отопление на постъпващия въздух. Обем на помещението: 2,7*10*6=162 куб. м. Съответно вентилационните топлинни загуби ще бъдат: (162*1/3600)*1005*1,19*48=2583 Вт.

По дадените параметри на помещението, общите топлинни загуби ще бъдат: Q=4446+2583=7029 Вт.

Стъпка 3 — необходима мощност на топлинния контур

Изчисляваме оптималната мощност на контура, необходима за компенсиране на топлинните загуби: N=1.2*7029=8435 Вт.

След това: q=N/S=8435/60=141 Вт/кв.м.

Изхождайки от изискваната производителност на отоплителната система и активната площ на помещението, може да се определи плътността на топлинния поток на 1 кв. м

Стъпка 4 — определяне на стъпката на полагане и дължината на контура

Получената стойност сравняваме с графиката на зависимостта. Ако температурата на топлоносителя в системата е 40 °C, то ще подхожда контур с параметри: стъпка – 100 мм, диаметър – 20 мм.

Ако в магистралата циркулира вода, загрята до 50 °C, то интервалът между клоните може да се увеличи до 15 см и да се използва тръба с напречно сечение 16 мм.

Изчисляваме дължината на контура: L=60/0,15*1,1=440 м.

Отделно трябва да се вземе предвид разстоянието от колекторите до топлинната система.

Както се вижда от изчисленията, за оборудването на воден под ще трябва да се направят не по-малко от четири отоплителни кръга. А как правилно да се положат и закрепят тръбите, както и други тайни на монтажа, ние разгледахме тук.

Изводи и полезно видео по темата

Нагледни видеообзори ще помогнат да се направи предварително изчисление на дължината и стъпката на топлинния контур.

Избор на най-ефективното разстояние между клоните на подовата отоплителна система:

Ръководство за това как да се определи дължината на кръга на експлоатирания топъл под:

Методиката на изчисление не може да се нарече проста. Едновременно с това трябва да се вземат предвид множество фактори, влияещи върху параметрите на контура. Ако водният под се планира да се използва като единствен източник на топлина, то тази работа е по-добре да се довери на професионалисти – грешките на етапа на планиране могат да струват скъпо.

Изчислявате ли необходимия метраж на тръбите за топъл под и техния оптимален диаметър самостоятелно? Може би имате въпроси, които не сме засегнали в този материал? Задайте ги на нашите експерти в блока за коментари.

Ако Вие се специализирате в изчисляването на тръби за изграждане на воден топъл под и имате какво да добавите към изложения по-горе материал, пишете, моля, Вашите бележки долу под статията.