Теплоотдача теплого пола

Особенности строения организма характеризуются тем, что отдача тепла в его разных зонах может быть неодинаковой в зависимости от среды нахождения. Соответственно, там, где теплопотери больше, нужно увеличивать температуру воздуха. Другими словами, если мерзнут ноги, то внутренний баланс в теле нарушается. 

Теплый пол решает эту проблему, направляя нагретый воздух снизу вверх равномерно по всей своей площади. Согласно требованиям СНиП, рекомендуемая температура на поверхности пола должна быть около 26 ºС. Это касается помещений с постоянным проживанием людей. 

Существует три основных типа обогревательных систем, способных обеспечить это условие: электрическая, водяная и комбинированная. Но у всех главной характеристикой эффективности является теплоотдача.

Что такое теплоотдача теплого пола и для чего ее нужно знать

Из физики известно, что теплоотдача – это процесс передачи тепла от нагретого вещества к другому, имеющему более низкую температуру. В случае с системами теплого пола его горячая твердая поверхность увеличивает температуру газообразной среды, которая располагается над ней. В результате в помещении происходит естественная конвекция (воздухообмен). Более горячие воздушные слои поднимаются вверх, обогревая пространство, а более холодные опускаются вниз.

В зависимости от точного значения этого параметра можно будет выбрать оптимальный вариант модели теплого пола для конкретного помещения. Ведь для обеспечения нужной температуры внутри комнаты нужно учитывать несколько факторов:

• Тепловую мощность системы отопления. Если этот параметр мал, то агрегат не сможет достаточно прогреть помещение. Если слишком велик, то на его приобретение и эксплуатацию потребитель потратит лишние денежные средства.
• Объем помещения. Низкая теплоотдача нагревательного устройства не обеспечивает достаточный нагрев воздуха внутри комнаты с высокими потолками.
• Среднюю за сезон разницу температур внутри здания и снаружи его стен. Чем суровее климатические условия в отопительный период, тем выше должна быть теплоотдача.
• Расположение помещения. Значение оптимальной теплоотдачи должна быть больше у пола, расположенного в комнате, которая находится в торце дома.

Какие факторы влияют на теплоотдачу теплого пола 

Тип теплого пола и способ его монтажа

В зависимости от источника теплового излучения различают водяные и электрические теплые полы. Последние в свою очередь делятся на кабельные и инфракрасные пленочные. Кабельные выпускаются в двух форм-факторах: нагревательные маты (кабель уже закреплен на сетке с определенным шагом) и собственно кабели (шаг укладки покупатель рассчитывает самостоятельно).

Водяные теплые полы

Судя по названию, теплоносителем здесь служит жидкость, которая посредством труб передает тепло от генерирующего агрегата в помещение, в котором смонтирован пол. Система представляет собой своеобразный пирог, в который входят компоненты в виде слоев между несущим перекрытием и половым покрытием:

• Опорный.
• Защитный.
• Изолирующий.
• Разделяющий.
• Нивелирный.

Также в систему может входить дополнительный проводящий элемент. Эффективность теплоотдачи будет зависеть от того, где монтируется отопительный змеевик: в опорном (тип А), в изолирующем (В) или в нивелирном (С). Самый высокий показатель при равенстве всех других характеристик будет в первом варианте.

Еще одним фактором, влияющим на теплоотдачу, является шаг укладки труб. Чем он реже, тем более горячим должен быть теплоноситель. Это объясняется тем, что расчетная формула состоит из таких показателей, как площадь пола, коэффициент теплообмена и разность температур на поверхности покрытия и в помещении. Таким образом, большее количество колен змеевика опосредованно будет более интенсивно нагревать воздух.

Кабельные электрические полы

В этом случае источником тепла выступает кабель, по которому проходит электрический ток. Различают два типа таких систем: одно- и двухжильные. Принцип действия их прост: за счет внутреннего сопротивления металла происходит повышение температуры. Нагревательный элемент заливают стяжкой, что существенно снижает теплоотдачу. Этот показатель зависит и от частоты шага уложенных витков кабеля.

Нагревательные кабели бывают одножильными и двухжильными. Одножильный имеет два установочных провода и подключается с двух концов. Двухжильный — только с одного конца, это упрощает монтаж.

К тому же существуют системы с саморегулирующимися кабелями: Они способны управлять интенсивностью нагревания поверхности на разных участках в зависимости от температуры окружающей среды. Это позволяет обеспечить более равномерный нагрев всей площади пола.

Нагревательные маты

Представляют собой более простой и удобный в монтаже вариант кабельного теплого пола. Нагревательный элемент в виде провода закреплен на специальной крупноячеистой сетке в форме волнистой змейки. Небольшой диаметр провода позволяет монтировать систему без стяжки непосредственно в слой плиточного клея под напольное покрытие. Нагревательные маты устанавливаются под любой тип напольного покрытия: ковролин, паркетную доску, ламинат, линолеум, керамогранит, плитку.

Инфракрасные пленочные полы

Рабочим органом устройства являются полоски из углеродосодержащего вещества (карбона), способного нагреваться при прохождении через него тока. При этом выделяется лучистая энергия инфракрасного спектра. Токопроводящие части соединяются в цепь и покрываются защитным материалом. Пленочная конструкция не требует стяжки и помещается непосредственно под напольное покрытие. От этого теплоотдача системы имеет довольно высокую эффективность. 

Причем максимальных значений она достигает за короткое время после включения агрегата в сеть (несколько минут). Однако прогреваемость помещения по высоте остается довольно низкой. Под потолком может наблюдаться прохладный воздух. Также при всех одинаковых характеристиках с другими типами отопления ИК полы требуют большей мощности.

Свойства помещения

Эффективность теплоотдачи напрямую зависит от характеристик здания, в котором расположен теплый пол: год постройки, материал, этажность. В домах старой конструкции, которые возводились примерно 20 лет назад и раньше, почти ничего не было предусмотрено для их утепления. Типичное сооружение состояло из голых кирпичных (или керамзитовых) стен, простых деревянных окон и полов, под которые в лучшем случае засыпали керамзит. Под крышу укладывали стекловату толщиной 5 см.

Все эти факторы максимально снижают теплоотдачу отопительной системы, расположенной под полом. 

В старых домах для комфортного прогрева помещения приходится включать дополнительные источники тепла. Особенно если комната находится в углу торца здания, где у нее две стены непосредственно выходят наружу. Практика показала, что на эффективность сохранения нагретого воздуха внутри здания влияет и материал, из которого оно сделано. Как ни странно, деревянные сооружения хуже держат тепло.

Если дом многоэтажный, то для обеспечения оптимальной теплоотдачи на первом этаже теплый пол, как правило, монтируют в бетонную стяжку. На верхних – достаточно его положить сухим способом, если перекрытия деревянные. Или использовать тонкий слой плиточного клея, если это, например, железобетонные плиты. 

Эффективность обогрева существенно возрастет, если утеплить стены (чем севернее, тем толще защита) и окна (старые деревянные заменить на современные пластиковые стеклопакеты). Для комнат с большим объемом требуются более мощные нагревательные системы.

Теплопотери

Величина теплопотери зависит от двух основных параметров:

• Разницы температуры внутри помещения и за его пределами (берется значение самого неблагоприятного периода в году).
• Теплозащитных характеристик ограждающих конструкций, из которых состоит здание (стены, окна, перекрытия, пол).

Во втором случае принято оперировать величиной, называемой термином «сопротивление теплопередачи» (R). Она определяет количество тепла, пропускаемого 1 м² ограждающих конструкций (q Вт/м²) при фиксированном перепаде температур (ΔТ ºС).

Формула выглядит так: R = ΔТ / q.

В случае многослойных конструкций берется суммарное сопротивление (d случаях, если, например, брус обложен кирпичом): R(сумм.) = R₁ + R_(воз.) + R₂ (добавляется значение характеристики воздушной прослойки). Значения R также можно узнать в строительных справочниках.

Для расчета теплопотери необходимо знать следующие характеристики:

• Этаж здания.
• Площадь комнаты.
• Высоту потолка.
• Количество наружных стен.
• Толщину и материал наружных стен.
• Тип и количество окон.
• Тип пола, наличие под ним помещений.
• Наличие или отсутствие чердака.
• Расчетная температура снаружи.
• Требуемая температура внутри.

Сначала вычисляют площади теплоотдающих поверхностей (внешних стен, окон, пола, потолка). Теплопотери каждой из поверхностей будут равны Q = S x q. (q берется из справочника согласно первоначальным параметрам конкретного помещения. Получившиеся величины суммируются.

Также при расчете тепловых потерь, чтобы получить более объективную величину следует учесть еще ряд факторов:

1. Утечку тепла через фундамент, контактирующего с мерзлым грунтом (примерно 15% от потерь через стены первого этажа).
2. Потери тепла через вентиляцию. Расчет ведется с учетом требований СНиП. В итоговом значении, если через ограждающие конструкции уходит до 40%, то с воздухом – около 50%.
3. Частичный возврат тепла через «дышащие» стены (снижают потери на 30%). Величину теплового сопротивления таких конструкций нужно умножить на 1,3.

Тип напольного покрытия

На рынке присутствуют системы, которые хорошо работают с напольными системами любого типа. Однако чем лучше теплопроводные свойства материала напольного покрытия, тем более эффективным будет обогрев. Некоторые из таких моделей следует рассмотреть более подробно.

Плитка и декоративный камень

Считаются одними из самых лучших материалов для систем напольного отопления. Они обладают довольно высокой теплопроводностью. Это обеспечивает быстрый нагрев и хорошую степень передачи тепла окружающему воздуху. Также они имеют большую аккумулирующую способность, то есть относительно долго не остывают. В условиях постоянного действия повышенной температуры их внешний вид и эксплуатационные свойства абсолютно не изменяются. Толщина плиточного слоя может немного увеличить время нагрева, никак не влияя на проводимость.

Покрытие из дерева

Теплопроводность этого материала зависит от плотности древесины. Чем дерево пористей, тем теплопроводность хуже. На эксплуатационные качества влияет степень сухости, этот фактор также увеличивает проводимость вещества. К тому же если доска перенасыщена влагой, то под воздействием повышенных температур произойдет ее коробление или изменение формы (усушка, искривление и тому подобное). Превышение определенного значения по толщине покрытия, может значительно ухудшить процесс обогрева, создав изолирующий слой над источником тепла.

Ламинат

Обычные виды этого покрытия мало подходят для теплого пола. В результате постоянного нагрева из материала могут выделяться вредные вещества. Также с большой долей вероятности изменятся размеры досок и образуются щели, ослабнет крепление половиц в замках. Поэтому с отопительными системами данного типа используют специализированный ламинат. Он обладает повышенной теплопроводностью (это также касается и обязательно укладываемой подложки), экологически безопасным составом, не изменяющейся геометрией составных частей при нагреве.

Линолеум

Линолеум в принципе не работает в зонах повышенных температур, становясь отличным изолятором и выделяя при этом вредные вещества. Можно встретить рассказы об успешном использовании винилового линолеума с теплыми полами, однако назвать такую практику массовой нельзя. Хорошим выбором может стать так называемый мармолеум — вид линолеума, изготовленный из натурального сырья. Но опять же опыта использования такого материала недостаточно.

Другие факторы

Одним из факторов, влияющих на повышение теплоотдачи, является увеличение толщины полимерного утеплителя (ЭППС), устанавливаемого под стяжку системы теплого пола. Обычно она составляет 5 см. Добавление лишних сантиметров может значительно сократить потери, уходящие в обратную засыпку или в фундамент.

Если в двухэтажном доме перекрытия изготовлены из железобетона, то, нагреваясь, они станут дополнительным источником обогрева в верхней зоне первого этажа. Конечно, если нет натяжного потолка или покрытия из гипсокартона, которые обладают хорошими изоляционными свойствами. Теплый поток будет проникать выше через лестничный пролет.

В целом факторы, влияющие на теплоотдачу теплого пола, можно представить в виде таблицы:

Тип теплого пола и способ его монтажа	В зависимости от типа системы на теплоотдачу могут влиять различные факторы. У водяных моделей важно, в каком слое стяжки расположены трубы. У кабельных моделей – от типа проводов (у двухжильных выше). Пленочные конструкции не прогревают всю высоту помещения. Напольные маты обеспечивают хорошую отдачу благодаря тому, что монтируются непосредственно под напольное покрытие.
Свойства помещения	На эффективность теплоотдачи напрямую влияют: месторасположение помещения в доме, этажность, наличие дополнительных (кроме окон) поверхностей теплопотерь (мансарды и прочие), материал стен, чердачные или подвальные конструкции, год постройки здания.
Теплопотери	Они зависят от разницы температур внутри и снаружи здания и от теплозащитных свойств ограждающих конструкций (стен, окон, напольного покрытия и потолка). Чем больше теплопотери, тем ниже теплоотдача.
Тип напольного покрытия	Наибольшей теплоотдачей обладают напольные покрытия из плитки и декоративного камня. Лучше проводят тепло деревянные доски небольшой толщины и более плотной структуры. Если класть ламинат или линолеум, то нужно выбирать специализированные модели.
Другие факторы	Из них можно выделить увеличение толщины изоляционного слоя, помещаемого под рабочие элементы теплого пола. Или использование в качестве перекрытий железобетонные конструкции, которые способны аккумулировать тепло

Пошаговая инструкция по расчету теплоотдачи электрического теплого пола

Величина теплового потока напрямую зависит от мощности теплогенерирующей системы. Поэтому нужно определить это значение.

1. Произвести планировку размещения теплого пола с учетом расположения мебели (большинство существующих электрических отопительных систем под ней лучше не укладывать). Желательно сделать наглядный чертеж на миллиметровой бумаге или на компьютере.
2. Рассчитать отапливаемую площадь помещения (S_у). Для этого определяется общий внутренний метраж, от которого отнимается квадратура занимаемой мебели. Установлено, что теплоотдача эффективной, если итоговое значение получится в пределах 70-80% от всей площади внутреннего пространства комнаты (минимальный уровень 50%).
3. Определить общее значение теплопотерь согласно методике, приведенной выше.
4. Рассчитать мощность электрического пола. Она должна быть на 30% больше значения тепловых потерь помещения, то есть Р = 1,3 х Q_общ. Если отопительная система монтировалась в термоаккумулирующую стяжку, то берется коэффициент 1,4. Если термогенератор работает совместно с другими обогревательными устройствами, то действует другая формула Р = S_у х q. Удельная мощность (q) берется из строительного справочника для конкретной комнаты.

Пошаговая инструкция по расчету теплоотдачи водяного теплого пола

От этого показателя зависит вид водяного теплого пола: температура нагрева теплоносителя, расположение и шаг укладки труб, толщина слоя цементно-песчаной стяжки. Пошаговая методика расчета:

1. Вычертить план помещения в масштабе с указанием расположения окон и других теплоотдающих поверхностей. Это необходимо сделать для того, чтобы определить метраж труб и количество теплопотерь.
2. Рассчитать теплопотери. При определении разницы температур следует учесть, что температура теплоносителя не должна превышать 55 ºС. В противном случае может происходить деформация стяжки. В связи с этим температура на поверхности пола в жилых помещениях составляет около 27 ºС или ниже (в санузлах и ванных – 31ºС).
3. Рассчитать теплоотдачу по формуле q = a_п х (Т_{п max} — T_в) Вт/м², где q – удельный тепловой поток, a_п – коэффициент теплоотдачи (равен 9,82). В скобках указывается разность температур на поверхности пола и воздуха в помещении.
4. Определить шаг укладки труб. Для этого используются специальные таблицы. В них указано требуемое значение в соответствии с количеством удельного теплового потока.
5. Рассчитать длину труб. Для этого используют формулу L = S/N x 1,1, где L – длина труб (м), S – площадь помещения (м²), N – шаг укладки, 1,1 – коэффициент, учитывающий изгибы змеевика. 

Основные ошибки при расчете теплоотдачи теплого пола

Основная и главная ошибка – это отсутствие этого расчета, когда теплый пол монтируется «на глаз», трубы или кабель укладываются наобум. В этом случае следует помнить, что система призвана компенсировать потери тепла, которые неизбежно существуют в любом помещении. Без определения этой величины будет или перерасход ресурсов и неприемлемо высокая температура внутри помещения, или недообогрев.

Игнорирование всех характеристик помещения

Если не брать во внимание, например, этажность или расположение комнаты в здании, наличие мансард или окон в пол, то можно ошибиться в выборе нужных параметров в справочной литературе. Тем самым общий итог расчетов будет ошибочным.

Неверное определение температуры окружающей среды

Важно помнить, что этот параметр берется по среднему значению самой холодной и ветренной недели зимнего периода. Особое значение этот фактор приобретает в северных регионах, где в это время при неправильном расчете могут, например, промерзнуть стены, а температура в помещении опуститься до минимальных значений.

Неправильное определение площади

Некоторые пользователи забывают о том, что теплые полы не рекомендуют укладывать под тяжелую мебель. При расчете они используют значение общей площади внутреннего помещения. Тогда если при монтаже грамотные специалисты будут укладывать рабочие элементы системы отопления правильно (оставляя свободными места, подвергающиеся нагрузке сверху), то получится переизбыток теплоотдачи. Это, соответственно, приведет к перерасходу энергии.