Как да се изчисли подово отопление на примера на водна система

Върху ефективността на подовото отопление влияят много фактори. Без да се вземат предвид, дори при условие, че системата е монтирана правилно и за нейното изграждане са използвани най-съвременни материали, реалната топлинна ефективност няма да оправдае очакванията.

Поради тази причина монтажните работи трябва задължително да бъдат предшествани от грамотно изчисление на подовото отопление и само тогава може да се гарантира добър резултат.

Разработването на проект за отоплителна система струва скъпо, затова много домашни майстори извършват изчисленията сами. Съгласете се, идеята за намаляване на разходите за изграждане на подово отопление изглежда много примамлива.

Ще ви подскажем как да създадете проект, какви критерии да вземете предвид при избора на параметри на отоплителната система и ще опишем поетапна методика за изчисление. За по-голяма яснота сме подготвили пример за изчисляване на подово отопление.

Изходни данни за изчислението

Първоначално правилно планираният ход на проектните и монтажни работи ще ви отърве от изненади и неприятни проблеми в бъдеще.

При изчисляване на подовото отопление трябва да се изхожда от следните данни:

• материала на стените и особеностите на тяхната конструкция;
• размерите на помещението в план;
• вида на финишното покритие;
• конструкцията на вратите, прозорците и тяхното разположение;
• разположението на елементите на конструкцията в план.

За извършване на грамотно проектиране е задължително отчитане на установения температурен режим и възможността за неговата регулация.

За грубо изчисление се приема, че 1 м² отоплителна система трябва да компенсира топлинни загуби от 1 kW. Ако водният отоплителен кръг се използва като допълнение към основната система, той трябва да покрива само част от топлинните загуби.

Съществуват препоръки относно температурата на пода, осигуряваща комфортен престой в помещения с различно предназначение:

• 29°C — жилищна зона;
• 33°C — баня, помещения с басейн и други с висока влажност;
• 35°C — зони на студ (при входни врати, външни стени и др.).

Превишаването на тези стойности води до прегряване както на самата система, така и на финишното покритие с последваща неизбежна повреда на материала.

След като се направят предварителните изчисления, може да се избере оптималната според личните усещания температура на топлоносителя, да се определи натоварването на отоплителния кръг и да се закупи помпено оборудване, което безупречно се справя със стимулирането на движението на топлоносителя. То се подбира с резерв от 20% по отношение на разхода на топлоносител.

Отнема много време за затопляне на замазка с дебелина над 7 см. Ето защо при устройството на водни системи се стараят да не надвишават посочената граница. Най-подходящото покритие за водни подове се счита подовата керамика, а под паркет поради изключително ниската му топлопроводимост топлите подове не се полагат.

На етапа на проектиране трябва да се реши дали топлият под ще бъде основният доставчик на топлина или ще се използва само като допълнение към радиаторния отоплителен клон. От това зависи делът на загубите на топлинна енергия, които той трябва да компенсира. Той може да бъде от 30% до 60% с вариации.

Времето за загряване на водния под зависи от дебелината на елементите, включени в замазката. Водата като топлоносител е много ефективна, но самата система се отличава със сложност при монтажа.

Определяне на параметрите на подовото отопление

Целта на изчислението е получаване на стойността на топлинния товар. Резултатът от това изчисление влияе върху последващите предприемани стъпки. От своя страна, върху топлинния товар влияе средната стойност на зимната температура в конкретния регион, предполагаемата температура вътре в стаите, коефициентът на топлопреминаване на тавана, стените, прозорците и вратите.

Причина за загубата на топлина са лошо изолираните стени, прозорци, врати на къщата. Най-големият процент топлина се губи чрез вентилационната система и покрива (+).

Крайният резултат от изчисленията преди устройството на топъл под от воден тип ще зависи и от наличието на допълнителни нагревателни уреди, включително топлоотделянето на живеещите в къщата хора и домашните любимци. Задължително се отчита в изчислението наличието на инфилтрация.

Един от важните параметри е конфигурацията на стаите, затова ще са необходими етажен план на къщата и съответните разрези.

Методика за изчисляване на топлинните загуби

След като определите този параметър, ще разберете колко топлина трябва да генерира подът, за да се чувстват хората в стаята комфортно, и ще можете да изберете котел, помпа и под по мощност. С други думи: топлината, отделяна от отоплителните контури, трябва да компенсира топлинните загуби на сградата.

Връзката между тези два параметъра се изразява с формулата:

Mп = 1,2 х Q, където

• Mп — необходимата мощност на контурите;
• Q — топлинните загуби.

За определяне на втория показател се извършват измервания и изчисления на площта на прозорците, вратите, междуетажните плочи и външните стени. Тъй като подът ще се отоплява, площта на тази ограждаща конструкция не се взема предвид. Измерванията се правят от външната страна, като се обхващат ъглите на сградата.

При изчислението ще се вземат предвид и дебелината, и коефициентът на топлопроводност на всяка от конструкциите. Нормативните стойности на коефициента на топлопроводност (λ) за най-често използваните материали могат да се вземат от таблицата.

От таблицата може да се вземе стойността на коефициента за изчислението. Важно е да се разбере от фирмата доставчик стойността на термичното съпротивление на материала в случай, че се монтират прозорци от металопластика (+)

Изчисляването на топлинните загуби се извършва отделно за всеки елемент на сградата, като се използва формулата:

Q = 1/R*(tв-tн)*S х (1+∑b), където

• R – термично съпротивление на материала, от който е изработена ограждащата конструкция;
• S – площ на конструктивния елемент;
• tв и tн — вътрешна и външна температура съответно, като вторият показател се взема по най-ниската стойност;
• b — допълнителни топлинни загуби, свързани с ориентацията на сградата спрямо посоките на света.

Показателят за термично съпротивление (R) се намира, като се раздели дебелината на конструкцията на коефициента на топлопроводност на материала, от който е изработена.

Стойността на коефициента b зависи от ориентацията на къщата:

• 0,1 – север, северозапад или североизток;
• 0,05 – запад, югоизток;
• 0 – юг, югозапад.

Ако разгледаме въпроса чрез който и да е пример за изчисление на воден топъл под, той става по-разбираем.

Конкретен пример за изчисление

Да допуснем, че стените на къща за непостоянно живеене са с дебелина 20 см и са изработени от газобетонни блокове. Общата площ на ограждащите стени с изключение на отворите за прозорци и врати е 60 м². Външната температура е -25°С, вътрешната +20°С, конструкцията е ориентирана на югоизток.

Като се има предвид, че коефициентът на топлопроводност на блоковете λ = 0,3 Вт/(м°*С), могат да се изчислят топлинните загуби през стените: R=0,2/0,3= 0,67 м²°С/Вт.

Наблюдават се загуби на топлина и през слоя мазилка. Ако дебелината ѝ е 20 mm, тогава Rшт. = 0,02/0,3 = 0,07 m²°C/W. Сумата от тези два показателя дава стойността на загубите на топлина през стените: 0,67+0,07 = 0,74 m²°C/W.

Имайки всички изходни данни, те се заместват във формулата и се получават топлинните загуби на помещението с такива стени: Q = 1/0,74*(20 — (-25)) *60*(1+0,05) = 3831,08 W.

По същия начин се изчисляват загубите на топлина през останалите ограждащи конструкции: прозорци, врати, покрив.

Топлината, отделяна от отоплителните кръгове, може да не е достатъчна за затопляне на въздуха в къщата до необходимата стойност, ако тяхната мощност е подценена. При прекомерна мощност ще има преразход на топлоносител.

За определяне на топлинните загуби през тавана се приема, че неговото термично съпротивление е равно на стойността за планирания или съществуващия вид изолация: R = 0,18/0,041 = 4,39 m²°C/W.

Площта на тавана е идентична на площта на пода и е равна на 70 m². Като се заместват тези стойности във формулата, се получават загубите на топлина през горната ограждаща конструкция: Q пот. = 1/4,39*(20 — (-25))* 70* (1+0,05) = 753,42 W.

За да се определят загубите на топлина през повърхността на прозорците, трябва да се изчисли тяхната площ. При наличие на 4 прозореца с ширина 1,5 m и височина 1,4 m общата им площ ще бъде: 4*1,5*1,4 = 8,4 m².

Ако производителят посочва отделно термично съпротивление за стъклопакета и профила — съответно 0,5 и 0,56 m²°C/W, тогава Rпроз. = (0,5*90+0,56*10)/100 = 0,56 m²°C/W. Тук 90 и 10 са делът, който се пада на всеки елемент на прозореца.

Въз основа на получените данни се продължават по-нататъшните изчисления: Qпроз. = 1/0,56*(20 — (-25))*8,4*(1+0,05) = 708,75 W.

Външната врата има площ 0,95*2,04 = 1,938 m². Тогава Rвр. = 0,06/0,14 = 0,43 m²°C/W. Q вр. = 1/0,43*(20 — (-25))* 1,938*(1+0,05) = 212,95 W.

Тъй като външните врати се отварят често, през тях се губи голямо количество топлина. Ето защо е важно да се осигури тяхното плътно затваряне.

В резултат на това топлинните загуби ще бъдат: Q = 3831,08 +753,42 + 708,75 + 212,95 + 7406,25 = W.

Към този резултат се добавят още 10% за инфилтрация на въздух, тогава Q = 7406,25+740,6 = 8146,85 W.

Сега може да се определи и топлинната мощност на пода: Mп = 1,*8146,85 = 9776,22 W или 9,8 kW.

Необходима топлина за нагряване на въздуха

Ако къщата е оборудвана с вентилационна система, то част от топлината, отделяна от източника, трябва да се изразходва за загряване на въздуха, постъпващ отвън.

За изчислението се използва формулата:

Qв. = c*m*(tв—tн), където

• c = 0,28 kg⁰C и обозначава топлинния капацитет на въздушната маса;
• m символът обозначава масовия дебит на външния въздух в kg.

Последният параметър се получава чрез умножаване на общия обем въздух, равен на обема на всички помещения, при условие че въздухът се обновява всеки час, по плътността, която се променя в зависимост от температурата.

На графиката е показана зависимостта на плътността на въздуха от неговата температура. Данните са необходими за изчисляване на количеството топлина, необходимо за загряване на въздушната маса, която постъпва в къщата в резултат на принудителна вентилация (+)

Ако в сградата постъпва 400 м³/ч, тогава m=400*1,422 = 568,8 кг/ч. Qв. = 0,28*568,8*45 = 7166,88 W.

В този случай необходимата топлинна мощност на пода значително ще се увеличи.

Изчисляване на необходимото количество тръби

За устройството на под с водно отопление се избират различни методи за полагане на тръби, отличаващи се по форма: змийка от три вида – собствено змийка, ъглова, двойна и охлюв. В един монтиран контур може да се срещне комбинация от различни форми. Понякога за централната зона на пода се избира «охлюв», а за краищата — един от видовете «змийка».

«Охлюв» — рационален избор за обемни помещения с проста геометрия. В помещения, които са силно издължени или имат сложни очертания, е по-добре да се приложи «змийка» (+)

Разстоянието между тръбите се нарича стъпка. При избора на този параметър трябва да се удовлетворят две изисквания: стъпалото на крака не трябва да усеща разлика в температурата в отделните зони на пода, а тръбите трябва да се използват максимално ефективно.

За граничните зони на пода се препоръчва да се прилага стъпка от 100 mm. На останалите участъци може да се направи избор на стъпка в границите от 150 до 300 mm.

Важно значение има топлоизолацията на пода. На първия етаж нейната дебелина трябва да достигне минимум 100 mm. За тази цел се използва минерална вата или екструдиран пенополистирол

За изчисляване на дължината на тръбата има проста формула:

L = S/N*1,1, където

• S – площ на контура;
• N – стъпка на полагане;
• 1,1 – запас за огъвания 10%.

Към крайната стойност се добавя отсечка от тръбата, положена от колектора до разпределението на топлия контур както на връщане, така и на подаване.

Пример за изчисление.

Изходни стойности:

• площ – 10 m²;
• разстояние до колектора – 6 m;
• стъпка на полагане – 0,15 m.

Решението на задачата е просто: 10/0,15*1,1+(6*2) = 85,3 m.

Използвайки металопластични тръби с дължина до 100 m, най-често се избира диаметър 16 или 20 mm. При дължина на тръбата 120-125 m нейното сечение трябва да бъде 20 mm².

Едноконтурната конструкция е подходяща само за помещение с малка площ. Подът в големите стаи се разделя на няколко контура в съотношение 1:2 – дължината на конструкцията трябва да надвишава ширината 2 пъти.

Изчислената по-рано стойност представлява дължината на тръбата за пода като цяло. Въпреки това, за пълнота на картината е необходимо да се отдели дължината на отделния контур.

На този параметър влияе хидравличното съпротивление на контура, определяно от диаметъра на избраните тръби и обема вода, подавана за единица време. Ако тези фактори бъдат пренебрегнати, загубите на налягане ще бъдат толкова големи, че никаква помпа няма да накара топлоносителя да циркулира.

Определяне на разхода на тръбата в зависимост от избраната стъпка на полагане

Контури с еднаква дължина – това е идеален случай, но на практика се среща рядко, тъй като площите на помещенията с различно предназначение се различават много и да се привеждат дължините на контурите до една стойност просто не е целесъобразно. Професионалистите допускат разлика в дължината на тръбите от 30 до 40%.

От големината на диаметъра на колектора и пропускателната способност на смесителния възел се определя допустимият брой на свързаните към него контури. В паспорта на смесителния възел винаги може да се намери стойността на топлинния товар, за който е предназначен.

Да предположим, коефициентът на пропускателна способност (Kvs) е 2,23 м³/ч. При такъв коефициент определени модели помпи издържат товар от 10 до 15 W.

За да се определи броят на контурите, е необходимо да се изчисли топлинният товар на всеки. Ако площта, заета от топлия под, е 10 м², а топлоотдаването на 1 м² е 80 W, тогава показателят Kvs е 80 W, тоест 10*80 = 800 W. Значи, смесителният възел ще може да обезпечи 15 000/800 = 18,8 помещения или контура с площ по 10 м².

Тези показатели са максимални и могат да се прилагат само теоретично, а на практика цифрата трябва да се намали с минимум 2, тогава 18 – 2 = 16 контура.

Необходимо е при избора на смесителен възел (колектор) да се провери дали той разполага с такъв брой изходи.

Проверка на правилността на избора на диаметър на тръбите

За да се провери дали правилно е избрано сечението на тръбите, може да се използва формулата:

υ = 4*Q*10ᶾ/n*d²

Когато скоростта съответства на намерената стойност, сечението на тръбите е избрано правилно. Нормативните документи допускат скорост максимум 3 м/сек. при диаметър до 0,25 м, но оптималната стойност е 0,8 м/сек., тъй като при нарастване на нейната стойност се увеличава шумовият ефект в тръбопровода.

Допълнителна информация относно изчислението на тръбите за топъл под е предоставена в тази статия.

Изчисляване на циркулационната помпа

За да бъде системата икономична, е необходимо да се избере циркулационна помпа, която осигурява необходимото налягане и оптимален дебит на водата в контурите. В паспортите на помпите обикновено се посочва налягането в контура с най-голяма дължина и общият дебит на топлоносителя във всички контури.

Напорът се влияе от хидравлични загуби:

∆ h = L*Q²/k1, където

• L — дължина на контура;
• Q — разход на вода л/сек;
• k1 — коефициент, характеризиращ загубите в системата; стойността може да се вземе от справочни таблици по хидравлика или от паспорта на оборудването.

Като се знае стойността на напора, се изчислява разходът в системата:

Q = k*√H, където

k — това е коефициентът на разход. Професионалистите приемат разход на всеки 10 м² от дома в границите 0,3-0,4 л/с.

Сред съставните части на топъл воден под особена роля се отдава на циркулационната помпа. Само агрегат, чиято мощност надвишава с 20 % действителния разход на топлоносител, ще може да преодолее съпротивлението в тръбите.

Цифрите, отнасящи се до големината на напора и разхода, посочени в паспорта, не трябва да се възприемат буквално — това е максимумът, а фактически върху тях влияние оказват дължината, геометрията на мрежата. При твърде голям напор се намалява дължината на контура или се увеличава диаметърът на тръбите.

Препоръки за избор на дебелина на замазката

В справочниците могат да се намерят сведения, че минималната дебелина на замазката е 30 мм. Когато помещението е доста високо, под замазката се поставя изолация, която повишава ефективността на използване на топлината, отдавана от отоплителния контур.

Най-популярният материал за подложка е екструдиран пенополистирол. Неговото съпротивление на топлопреминаване е значително по-ниско от това на бетона.

При изграждане на замазката, за да се балансират линейните разширения на бетона, периметърът на помещението се оформя с демпферна лента. Важно е правилно да се избере нейната дебелина. Специалистите съветват при площ на помещението, не надвишаваща 100 м², да се направи 5 мм компенсиращ слой.

Ако стойностите на площта са по-големи поради дължина, надвишаваща 10 м, дебелината се изчислява по формулата:

b = 0,55*L, където

L – това е дължината на стаята в м.

Изводи и полезно видео по темата

Този видеоматериал е за изчисление и монтаж на топъл хидравличен под:

Във видеото са предоставени практически препоръки за полагане на пода. Информацията ще помогне да се избегнат грешки, които обикновено допускат любителите:

Изчислението прави възможно проектирането на система «топъл под» с оптимални експлоатационни показатели. Допустимо е да се монтира отопление, като се използват паспортните данни и препоръки.

То ще работи, но професионалистите съветват все пак да се отдели време за изчисление, така че в крайна сметка системата да изразходва по-малко енергия.

Имате ли опит в извършването на изчисление на топъл под и подготовка на проект за отоплителен кръг? Или имате въпроси по темата? Моля, споделете вашето мнение и оставете коментари.