Методика расчета водяного теплого пола

В просторах всемирной паутины очень много информации о водяном теплом поле: схемы укладки, подходящий материал труб и прочее. Казалось бы, что всего этого предостаточно для проектирования без забот. Только вот методика расчета водяного теплого пола у каждого производителя своя, а порой тот же самый производитель предлагает пользоваться очень странными номограммами, не внушающими доверия. Опять же, что же делать, если производитель еще не выбран заказчиком, а теплоотдачу теплого пола и остальные характеристики мы должны рассчитать. Излазив интернет в свое время вдоль и поперек, не нашла ни одной более менее адекватной методики расчета.

К счастью, методика нашлась, посоветовали мне ее коллеги. С радостью привожу ее на блоге.

Исходные данные для расчета:

Температура в подающем трубопроводе системы теплого пола t_п, ^оС;
Температура в обратном трубопроводе системы теплого пола t_о, ^оС;
Температура воздуха в рассчитываемом помещении t_в, ^оС;
Температура в нижележащем помещении t_низ, ^оС;
Внутренний диаметр труб теплого пола D_в, м;
Наружный диаметр труб теплого пола D_н, м;
Коэффициент теплопроводности материала труб λ_тр, Вт/мК;
Коэффициент теплоотдачи нижележащей горизонтальной поверхности α_н, Вт/м²К;
(определяется по СНиП 23-02-2003 "Тепловая защита зданий" табл. 7 и СП 23-101-2004 "Проектирование тепловой защиты зданий" табл.8; данные таблицы приведены ниже под номером 1 и 2)
Коэффициент внутренней теплоотдачи (от теплоносителя к внутренней стенке трубы) α_вн, Вт/м²К;
Коэффициент теплоотдачи пола α_п, Вт/м²К (обычно принимается 10-12 Вт/м²К);

А также необходимо знать конструкцию пола, для того чтобы посчитать термическое сопротивление слоев над трубами R_в, м²К/Вт, и под трубами R_н, м²К/Вт, которое находится по несложной формуле:

формула 1

Таблица 1 — Коэффициент теплоотдачи нижележащей поверхности α_н(по СНиП 23-02-2003)


Внутренняя поверхность ограждения	Коэффициент теплоотдачи, Вт/(м·°С)
1. Стен, полов, гладких потолков, потолков с выступающими ребрами при отношении высоты ребер к расстоянию между гранями соседних ребер	8,7
2. Потолков с выступающими ребрами при отношении	7,6
3. Окон	8,0
4. Зенитных фонарей	9,9
Примечание — Коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций животноводческих и птицеводческих зданий следует принимать в соответствии с СНиП 2.10.03.

Таблица 2 — Коэффициент теплоотдачи нижележащей поверхности α_н(по СП 23-101-2004)

№ п.п.	Наружная поверхность ограждающих конструкций	Коэффициент теплоотдачи, Вт/(м²·°С)
1	Наружных стен, покрытий, перекрытий над проездами и над холодными (без ограждающих стенок) подпольями в Северной строительно-климатической зоне	23
2	Перекрытий над холодными подвалами, сообщающимися с наружным воздухом; перекрытий над холодными (с ограждающими стенками) подпольями и холодными этажами в Северной строительно-климатической зоне	17
3	Перекрытий чердачных и над неотапливаемыми подвалами со световыми проемами в стенах	12
4	Перекрытий над неотапливаемыми подвалами без световых проемов в стенах, расположенных выше уровня земли, и над неотапливаемыми техническими подпольями, расположенными ниже уровня земли	6

Расчет:

1. Средняя температура теплоносителя t_ср, ^оС:

формула 2 2. Приведенное термическое сопротивление над трубамиR_вв, м²К/Вт:

формула 3 3. Приведенное термическое сопротивление под трубамиR_нн, м²К/Вт:

формула 4 4. Угол между поверхностью пола и линией максимального термического сопротивления (вверх), градусы:

формула 5

где В – шаг укладки труб, см (задаемся шагом 0,10/0,15/0,20/0,25 м);

– суммарная толщина слоев над трубами, м; 5. Максимальное термическое сопротивление слоев труб над трубой R_вmax, , м²К/Вт:

формула 7 6. Отношение тепловых потоков «низ/верх»:

формула 8 7. Приведенное термическое сопротивление стенок трубы R_тр, м²К/Вт:

формула 9 8. Тепловой поток по направлению вверх q_в , Вт/м²:

формула 10

!!! Именно это число участвует при получении общей теплоотдачи пола. Умножив данное число на полезную площадь пола, мы получим количество тепла, отдаваемое теплым полом.

9. Тепловой поток по направлению вниз q_н , Вт/м²:

формула 11

10. Суммарный удельный тепловой поток q_a, Вт/м²:

формула 12

11. Суммарный тепловой поток на погонный метр теплого пола q_l, Вт/м:

формула 13

12. Максимальная температура пола t_п_max, ^oC:

формула 14

13. Минимальная температура пола t_п_min, ^oC:

формула 15

14. Средняя температура пола t_пср, ^oC:

формула 16

Данная температура должна быть меньше либо равна нормируемой.

Средняя температура пола нормируется СП 60.13330.2012 "Отопление, Вентиляция и Кондиционирование" пункт 6.4.8: « Среднюю температуру поверхности строительных конструкций со встроенными нагревательными элементами в расчетных условиях следует принимать не выше, °С: 70 — для стен; 26 — для полов помещений с постоянным пребыванием людей; 23 — для полов детских учреждений согласно СП 118.13330; 31 — для полов помещений с временным пребыванием людей, а также для обходных дорожек, скамей крытых плавательных бассейнов; по расчету — для потолков согласно 5.8. Температура поверхности пола по оси нагревательного элемента в детских учреждениях, жилых зданиях и плавательных бассейнах не должна превышать 35 °С. Ограничения температуры поверхности пола не распространяются на встроенные в перекрытие или пол одиночные трубы систем отопления.» Если температура получилась больше, чем нормируемая, то задаемся шагом побольше и проделываем расчет сначала. Если и это не помогает, то есть еще такие варианты: — уменьшить температуру теплоносителя; -изменить конструкцию пола над трубами, а именно увеличить R_в, м²К/Вт Для удобства подбора шага и других параметров советую вам завести табличку в Excel с расчетом.

Пример расчета теплого пола

Исходные данные:

№	Наименование характеристики	Обознач.	Ед.изм.	Значение
1	Температура теплоносителя в подающем трубопроводе	t_п	^оС	45
2	Температура теплоносителя в обратном трубопроводе	t_о	^оС	40
3	Температура воздуха в рассчитываемом помещении	tв	^оС	20
4	Температура в нижележащем помещении	tниз	^оС	18
5	Внутренний диаметр труб теплого пола	Dв	м	0,013
6	Наружный диаметр труб теплого пола	Dн	м	0,016
7	Коэффициент теплопроводности материала труб	λ_тр	Вт/м К	0,35
8	Коэффициент теплоотдачи нижележащей горизонтальной поверхности	α_н	Вт/м2 K	8,7
9	Коэффициент внутренней теплоотдачи (передача тепла от теплоносителя к внутренней поверхности труб)	α_вн	Вт/м2 K	400
10	Коэффициент теплоотдачи пола	α_п	Вт/м2 K	12

конструкция пола

№	Наименование материала слоя	Толщина,м	Λ Вт/м К	R, м²К/Вт
	*Слои над трубами*
1	Цементно-песчаная стяжка	0,035	0,93	0,038
2	Подложка под ламинат	0,002	0,030	0,067
3	Ламинат	0,015	0,18	0,083
	Термическое сопротивление слоев над трубами,Rв м2 К/Вт			*0,19*
	*Слои под трубами*
1	Цементно-песчаная стяжка	0,025	0,93	0,027
2	Пеноплекс 35	0,030	0,032	0,94
3	Плита железобетонная	0,2	2,04	0,098
	Термическое сопротивление слоев под трубами, Rн м2 К/Вт			*1,06*

Расчет:

1. Средняя температура теплоносителя t_ср:

формула 17 2. Приведенное термическое сопротивление над трубами R_вв:

формула 18 3. Приведенное термическое сопротивление под трубами R_нн:

формула 19 4. Угол между поверхностью пола и линией максимального термического сопротивления (вверх), градусы:

формула 20

Принимаем шаг укладки В=0,15 м

5. Максимальное термическое сопротивление слоев труб над трубой R_вmax:

формула 21

6. Отношение тепловых потоков «низ/верх»:

формула 22 7. Приведенное термическое сопротивление стенок трубы R_тр:

формула 23 8. Тепловой поток по направлению вверх q_в :

формула 24

Полезная площадь комнаты 10 м², следовательно, теплоотдача теплого пола: Q=74,410=744 Вт 9. Тепловой поток по направлению вниз q_н :

формула 25

10. Суммарный удельный тепловой поток q_a:

формула 26

11. Суммарный тепловой поток на погонный метр теплого пола q_l:

формула 27

12. Максимальная температура пола t_п_max, ^oC:

формула 28

13. Минимальная температура пола t_п_min, ^oC:

формула 29

14. Средняя температура пола t_пср, ^oC:

формула 30

Данная температура меньше нормируемой, а именно для зон с постоянным пребыванием людей температура пола не должна быть выше 26 ^оС (по 6.4.8 СП 60.13330.2012) В результате расчета мы подобрали шаг труб водяного теплого пола, вычислили при этом шаге теплоотдачу теплого пола и среднюю температуру поверхности пола.

Если тебя интересует "Регулирование теплоотдачи водяного теплого пола" кликай сюда