Правила расчета мощности пленочных теплых полов и расхода электроэнергии

Практически ни одни современный ремонт в квартире или частном доме сегодня не обходится без устройства тёплого пола, который укладывается либо под плиткой, в мокрых зонах, либо повсеместно, по всей площади эксплуатируемых помещений.

Самым высокотехнологичным считается инфракрасный тёплый пол, который имеет минимальную толщину, так как устраивается из тончайших графитовых трубок, наклеенных на плёночное основание, укладывается практически под каждый тип финишного напольного покрытия, целенаправленно нагревает предметы в комнате.

Кроме того, ИК тёплый пол потребляет на 20% – 25% меньше электрической энергии, чем большинство аналогичных инженерных систем с греющими кабелями. Для достижения ожидаемого результата, обеспечения должной энергоэффективности в помещениях, рекомендуется обязательно производить детальные расчёты инфракрасных тёплых полов, алгоритмы которых, а также примеры приводятся далее.

Зачем необходим?

Расчёт тёплого ИК пола – обязательная подготовительная процедура перед заказом, покупкой и укладкой данного типа инженерных коммуникаций под финишное напольное покрытие по следующим причинам:

• Приобретение инфракрасного тёплого пола в торговой точке с оптимальными техническими характеристиками, полностью удовлетворяющими нормативным и функциональным требованиям к отделываемому помещению.
• Расчёт количества плёночного покрытия с минимальным количеством отходов после раскроя.
• Снижение риска перегрева силового кабеля и оплавления изоляции.
• Возможность точного расчёта силы тока для автомата аварийного отключения в квартирном или домовом щитке.
• Возможность максимальной экономии средств при приобретении расстраиваемого товара.
• Повышение техники безопасности во время эксплуатации данного инженерного электрооборудования.
• Точный расчёт ожидаемых коммунальных платежей, необходимых для интенсивной эксплуатации инфракрасного тёплого пола.

В случае покупки ИК тёплого пола у проверенного поставщика или напрямую от производителя, давно работающего на рынке, на официальном сайте данной компании часто имеется интерактивный калькулятор.

Здесь каждый пользователь может легко задать граничные условия – площадь своего помещения, тип напольного покрытия, высоту потолков, расчётную температуру внутреннего воздуха в комнате, мощности основных отопительных приборов под окнами и некоторые другие параметры, после чего система выдаст ему рекомендуемый показатель теплоотдачи, а тоже требуемую марку тёплого пола, которую рекомендуется приобрести.

Предварительные действия

Для достижения ожидаемого и достоверного результата, перед началом процедуры расчёта инфракрасного тёплого пола, нужно предварительно выполнить следующие важные подготовительные действия:

• На первом этапе необходимо разработать план помещения, от руки, либо на компьютере. Чертёж должен иметь правильные пропорции, выполняться в масштабе, полностью отражать реальные соотношения сторон в комнате, а также на нём следует изобразить окна и двери, проставить размеры, обозначить общую площадь отделываемого помещения.

• Там же, на плане, следует расставить мебель и основное стационарное оборудование, которое планируется установить в помещении, согласно дизайн-проекту и технологическим чертежам. Под данными предметами не рекомендуется устраивать инфракрасный тёплый плёночный пол, так как энергия нагрева может негативно сказаться на качестве деревянных конструкций, а человек не почувствует никакого эффекта.

  Следует учесть, что в проекте тёплого пола следует изображать и принимать во внимание только ту мебель, которая не имеет высоких ножек, а основной массив плоскости изделия отстаёт от поверхности чистового напольного покрытия не более, чем на 10 – 20 мм.

• Далее, от каждой стены помещения на плане следует очертить параллельную линю на расстоянии 300 – 500 мм, то есть, обозначить «мёртвые зоны». Как правило, данные участки в комнате не эксплуатируются людьми, и тёплый пол не следует расстилать вплотную к стене.
• Определяется полезная площадь помещения, за исключением обозначенных границ, где не следует укладывать плёночный элемент обогрева.
• На финальном этапе, когда все предметы мебели и границы обозначены на плане помещения, следует начертить схему тёплого пола, укалываемого в оставшихся зонах комнаты.
• После того, как тёплый пол схематично изображён на плане отделываемого помещения, следует приступать к расчёту мощности, а также максимального энергопотребления и подбирать модель изделия, наилучшим образом подходящую под требования владельца недвижимости и удовлетворяющую всем результатам данных расчётов.

Подготовительные шаги позволяют точно рассчитать мощность и другие показатели плёночных инфракрасных тёплых полов строго применительно к рассматриваемому помещению, что практически полностью исключает риск совершения ошибки и, как следствие, либо переплату за чрезмерно производительное оборудование, либо снижение энергоэффективности от эксплуатации рассматриваемой инженерной коммуникации.

Формула для вычисления полезной площади

Полезная площадь помещения, где планируется укладка тёплого инфракрасного пола, рассчитывается в соответствии с определённым алгоритмом и с использованием следующих простых арифметических формул:

• S_меб. – это часть площадь комнаты, занимаемая неподвижными предметами мебели – диванами, креслами, стенками, сервантами, шкафами-купе и другими крупногабаритными изделиями.
• S_огр. – это участок площади комнаты по её периметру, который ограничен расстоянием от стен, обозначенных как «мёртвая зона».
• S_общ. – общая площадь комнаты, которая вычисляется по стандартным геометрическим формулам. Для квадратной комнаты S_общ. = А², где А – длина одной из стен помещения, а для прямоугольного отделываемого пространства S_общ. = А х В, где А и В – это длины примыкающих друг к другу ортогональных стен в помещении.

1. S_меб. = S_{меб. 1} + S_{меб. 2} +…+ S_{меб. n}.
2. S_{меб. 1} = a_{меб. 1} х b_{меб. 1},
3. S_{меб. 2} = a_{меб. 2} х b_{меб. 2},
4. S_{меб. n} = a_{меб. n} х b_{меб. n},

Где a и b с разными индексами – это стороны каждого прямоугольного предмета мебели в плане. В случае расчёта радиусных приметив мебели, следуя приводить их к квадратному чтению со сторонами, равными ¾ от их диаметра.

Соответственно, S_{меб. 1}, S_{меб. 2}, …, S_{меб. n} – это площадь в комнате, занимаемая конкретным предметом мебели.

1. Р – это периметр комнаты по контру стен, которое равняется сумме их длин, а, в случае, с прямоугольным помещением – удвоенная сумма длин двух прилегающих друг к другу стен в комнате.
2. с – это расстояние, которое откладывается от каждой стены к середине помещения, составляет от 300 до 500 мм, называемое «мёртвой зоной».

Согласно приведённому выше алгоритму, ниже приводится конкретный пример расчёта полезной площади в комнате с габаритами 4 х 5 м, перед укладкой в ней тёплого инфракрасного пола:

• S_общ. = А х В, где А = 4 м, В = 5 м.
• S_общ. = 4 х 5 = 20 м².
• В рассматриваемой комнате установлен сервант вдоль одной из стен с длиной а₁ = 3 м и глубиной b₁ = 1 м, а также диван на низких ножках с габаритами в плане a₂ = 2,5 и b₂ = 1,2 м.

Таким образом, площадь мебели S_меб. = S_{меб. 1} + S_{меб. 2} = а₁ x b₁ + а₂ x b₂.

1. S_{меб. 1} = 3 x 1 = 3 м².
2. S_{меб. 2} = 2,5 х 1,2 = 3 м².
3. S_меб. = 3 + 3 = 6 м².

«Мёртвая зона» по периметру комнаты составляет с = 300 мм, а, учитывая, что вдоль одной из стен помещения установлен сервант длиной 3 м, то данный габарит вычитается из периметра Р.

То есть, Р_комн. = 2 х (А + В) – а₁ = 2 х (4 + 5) – 3 = 15 м.

Таким образом, S_огр. = Р_комн. х с = 15 х 0.3 = 4,5 м².

На финальном этапе, определяется полезная площадь комнаты, где будет укладываться инфракрасный плёночный тёплый пол.

S_пол. = S_общ. – S_меб. – S_огр. = 20 х 6 – 4,5 = 9,5 м².

Таким образом, учитывая небольшой запас на подрезку и отходы вдоль линии возможного раскроя инженерного оборудования, следует приобрести около 12 м² плёночного ИК тёплого пола.

Следует учесть, что нескорые производители предлагают свою продукцию только в модульном исполнении по отапливаемой площади, то есть, кратную 5 м².

В таких ситуациях следует заранее рассчитать полезную площадь всех помещений в квартире, частном доме или офисе, где планируется укладка данного оборудования, после чего приобрести с требуемым коэффициентом запаса полный объём, что снизит риск образования большого количества отходов.

Как узнать необходимую мощность?

Необходимая мощность тёплого инфракрасного пола, укладываемого в помещениях различного назначения, также точно рассчитывается по следующим формулам, с выполнением простой технологической карты:

В данном случае, следует заранее определить тип помещений, так как, согласно нормативным показателям из СП, для каждой комнаты, в зависимости от её функционального назначения, существует собственный показатель минимальной требуемой удельной мощности тёплого пола (N_уд), из расчёта на 1 м² помещений, в частности:

• Санузел – от 130 до 150 Вт/м².
• Кухня – от 100 до 140 Вт/м².
• Гостиная, спальня и другие жилые комнаты – от 100 до 110 Вт/м².
• Балконы, лоджии, террасы, веранды – от 150 до 180 Вт/м².
• Помещения, расположенные на 1-х этажах зданий и сооружений – от 140 до 180 Вт/м².
• Для любых помещений с деревянным полом из досок по лагам – от 60 до 80 Вт/м².

Далее, потребуется вычислить S_пол., или полезную площадь комнаты, алгоритм расчёта которой подробно приводится выше.

На завершающем этапе расчёта, потребуется умножить показатель N_уд на S_пол., а, к полученному значению, подставить поправочный коэффициент запаса, который составляет, как правило, 10%.

Также, как и для предыдущего случая, ниже можно увидеть подробный и точный расчёт минимальной мощности тёплого ИК пола для той же комнаты в квартире жилого дома с габаритами 4 х 5 м, для которой ранее определялась полезная площадь, как один из этапов подготовительных работ:

• Исходя из предыдущих результатов расчёта полезной отапливаемой площади, для рассматриваемого помещения S_пол. = 9,5 м².
• Учитывая, что отделываемая комната является жилой, то, согласно приведённым выше нормативным показателям, удельное потребление мощности для такого помещения составит N_уд = 110 Вт/м².
• N, то есть полная требуемая мощность тёплого инфракрасного пола составит S_пол. х N_уд = 110 х 9,5 = 1045 Вт, или 1,045 кВт.
• Последнее действие, которое нужно выполнить – это подставить коэффициент запаса, учитывающий теплопотери из помещения через ограждающие конструкции, то есть, 10%, или k_зап. = 1,1.

Таким образом, N_полн. = 1,045 х 1,1 = 1,15 кВт.

Следует также учесть, что далеко не всегда удаётся точно рассчитать все теплопотери и учесть их при выборе ИК-пола, что особенно актуально при эксплуатации жилого помещения ранней осенью или поздней весной, когда температура на улице может резко снизиться, но в квартире ещё нет центрального отопления.

В текущей ситуации, учитывая, что владелец объекта недвижимости может самостоятельно регулировать интенсивность теплоотдачи плёночного оборудования, оно должно подбираться с незначительным запасом по мощности, чтобы компенсировать возможные потери тепловой энергии.

Формулы для вычисления потребления энергии

Каждый плёночный инфракрасный пол является электрическим инженерным оборудованием и запитывается от силовой двухфазной розетки 220В.

В связи с этим, данный элемент отопления помещения должен быть рассчитан на максимально возможное электропотребление, что позволит точно подобрать нужный автомат в щитке, а также сечение кабеля и предотвратить риск выгорания проводки, наступления короткого замыкания.

В общем случае, потребление энергии стандартным плёночным тёплым инфракрасным полом рассчитывается в соответствии с простой формулой:

1. W – искомая величина, суммарное расчётное энергопотребление тёплым полом на инфракрасных греющих элементах.
2. N_полн. – суммарная мощность обогревательного прибора, детальный расчёт которой приводится выше.
3. S_общ. – общая площадь комнаты, в которой производится укладка тёплого инфракрасного пола.
4. 0,6 – удельный эмпирический коэффициент, который означает, что полезная площадь помещений составляет 60% от общих габаритов. Однако, данная величина S_пол. может также определяться индивидуально, в соответствии с подробным расчётом, приведённым выше для полезной площади эксплуатируемого пространства.

Исходя из приведённых выше аналитических выводов, суммарное энергопотребление тёплым полом на инфракрасных элементах также может определяться, как

Приведённая выше величина определяет энергопотребление ИК тёплым полом в помещении, исходя из его работы, как основного источника отопления, то есть, 24 часа в сутки. В то же время, такое инженерное оборудование, чаще всего, используется, как вспомогательная отопительная система.

В связи с этим, следует принимать во внимание второй поправочный коэффициент, который указывает на то, сколько часов в сутки работает тёплый пол в интенсивном режиме обогрева. Чаще всего, данный коэффициент варьируется от 50% до 60% общего времени, или от 12 до 14 – 15 часов в сутки, что требует перерасчёта абсолютного энергопотребления.

Выше показана зависимость энергопотребления тёплым ИК полом от площади помещений. Кроме того, данная величина может меняться, в зависимости от типа финишного напольного покрытия и составлять от 100% до 150% от номинального показателя, в частности:

• Для керамогранитной плитки на специальном цементно-песчаном клею, коэффициент перерасчёта энергопотребления оставит 1, так как данный материал имеет самый высокий коэффициент теплопроводности.
• Для безосновного ламината или ПВХ линолеума, следует принимать внимание коэффициент 1,1 – 1,15. То есть, мощность тёплого пола должна быть выше на 10% – 15%, что прямо пропорционально влияет на абсолютное потребление электрического энергии.
• Для ковролина с высотой ворса до 10 мм, следует принимать во внимание поправочный коэффициент 1,2 – 1,25.
• В случае устройства тёплого инфракрасного пола под финишные покрытия из натуральных деревянных досок по лагам, увеличение энергопотребления будет напрямую зависеть от толщины данных материалов, а полученный номинальный показатель умножается на 1,3 для досок толщиной до 30 мм и на 1,4 – 1,5, при мощности данных натуральных материалов до 40 – 50 мм.
• Приблизительно такие же поправочные коэффициенты вводятся для финишного покрытия полов из натурального деревянного паркета, а также паркетной доски, которая укладывается поверх пористой звукоизоляционной упругой подложки из полимерных компонентов.

По результатам данных расчётов, можно в дальнейшем определить требуемую площадь поперечного сечения токопроводящих жил силового кабеля, рассчитать нужный автомат в квартирном щитке, который будет обесточивать инженерную систему при малейших признаках существенных перепадов напряжения, что существенно продлит срок безупречной эксплуатации ИК тёплого пола.

Как правильно рассчитать расход?

На основании упомянутых выше формул и алгоритмов, далее можно увидеть подробный пример расчёта энергопотребления тёплого ИК пола для помещений с разными площадями и с различными типами финишных напольных покрытий:

1. Комната или холл в квартире с габаритами 4 х 5 м, финишное напольное покрытие из керамогранитной плитки:
   • S_общ. = А х В = 4 х 5 = 20 м².
   • S_пол. = S_общ. х 0,6 = 20 х 0,6 = 12 м².
   • N_уд для кухни составляет 140 Вт/м².
   • N = N_уд x S_пол. = 140 х 12 = 1680 Вт = 1,68 кВт.
   • N_полн. = N x k_зап. = 1,68 х 1,1 = 1,85 кВт.
   • W = N_полн. х S_пол. = 1.85 х 12 = 22,2 кВт.
   • При работе пола в течение 12 часов в сутки, W_полн. = 22.2 / 24 х 12 = 11.1 кВт.
   • Учитывая, что для плитки применяется поправочный коэффициент k = 1, то суммарное энергопотребление составит 11.1 кВт.
2. Отделываемое помещение с габаритными размерами 3 х 6 м, финишное покрытие выполнено из ламината на пористой основе, либо паркетной доски с полимерной защитой:
   • S_общ. = А х В = 3 х 6 = 18 м².
   • S_пол. = S_общ. х 0,6 = 18 х 0,6 = 10.8 м².
   • N_уд для гостиной составляет 110 Вт/м².
   • N = N_уд x S_пол. = 110 х 10.8 = 1188 Вт = 1,19 кВт.
   • N_полн. = N x k_зап. = 1,19 х 1,1 = 1,31кВт.
   • W = N_полн. х S_пол. = 1.31 х 10,8 = 14,1 кВт.
   • При эксплуатации данной электрической системы отопления в течение 13 часов в сутки, W_полн. = 14.1 / 24 х 13 = 7.6 кВт.
   • Учитывая, что для ламината применяется корректирующий коэффициент k = 1,15, то суммарное потребление электрической энергии составит 7.6 х 1,15 = 8.74 кВт.
3. Комната в жилом доме с верхним декоративным покрытием из ковролина, габариты помещения в плане – 6 х 7 м:
   • S_общ. = А х В = 6 х 7 = 42 м².
   • S_пол. = S_общ. х 0,6 = 42 х 0,6 = 25.2 м².
   • N_уд для спальни, гостиной или других жилых помещений составляет 110 Вт/м².
   • N = N_уд x S_пол. = 110 х 25.2 = 2722 Вт = 2,77 кВт.
   • N_полн. = N x k_зап. = 2,77 х 1,1 = 3.1 кВт.
   • W = N_полн. х S_пол. = 3.1 х 25.2 = 78,1 кВт.
   • При работе элемента обогрева на протяжении 10 часов в сутки, в самое холодное время, W_полн. = 78.1 / 24 х 10 = 32.5 кВт.
   • Учитывая, что для пористого ковролина с высоким ворсом нужно подставлять корректирующий индекс k = 1,25, то общее энергопотребление в сутки составит 32.5 х 1,25 = 40,6 кВт.

Приведённые выше результаты расчётов могут незначительно расходиться с эмпирическими данными, указанными в паспорте качества конкретной модели приобретаемого оборудования, потому что каждый производитель может вносить незначительные изменения в конструкцию, увеличивать или уменьшать сечение теплоотдающих элементов, что приводит к корректировке данных показателей энергопотребления.

Последствия отсутствия данных

В случае пренебрежения расчётом полезной площади, производимой мощности и энергопотребления тёплых полов с инфракрасными элементами обогрева, могут наступить следующие негативные последствия:

• Инфракрасный плёночный тёплый пол не будет генерировать требуемое количество тепловой энергии, что не обеспечит достижение ожидаемого уровня энергоэффективности помещения.
• Оборудование для дополнительного обогрева помещений не сможет частично и временно заменить основное отопление, что приведёт к промерзанию комнаты, в случае внезапного демисезонного падения температуры.
• При превышении фактических показателей мощности по сравнению с требуемыми параметрами, существует повышенный риск большой переплаты за ненужные киловатты.
• Если отсутствует расчёт энергопотребления, владелец недвижимости рискует запитать плёночное оборудование ИК тёплого пола некорректно подободранной токопроводящей жилой силового кабеля, что вызывает его перегрев и выгорание изоляции при длительной эксплуатации.
• При пренебрежении расчётом мощности, также возможен неправильный подбор защитного автомата аварийного отключения, что вызовет короткое замыкание, а также выход всего оборудования из строя.
• В случае отсутствия дательного расчёта полезной площади, плёночное оборудовании для обогрева помещений будет уложено не только под эксплуатируемым пространством, но также и в «мёртвых» зонах или под предметами мебели, что приведёт как к снижению эффективности нагрева, так и к риску порчи дорогостоящих деталей интерьера.

Полезное видео

Особенности расчета дополнительно описаны в видео:

Заключение

Расчёты инфракрасных тёплых полов в отделываемых помещениях различного назначения – это обязательная подготовительная процедура, которая подразумевает определение точной полезной площади комнаты, мощности инженерного оборудования, а также планируемого расхода электроэнергии.

По результатам расчётов, владелец недвижимости может сэкономить деньги на покупке основного оборудования, добиться комфорта при эксплуатации помещения, а также полностью исключить риск наступления короткого замыкания или перегрева токопроводящей жилы силового кабеля.

Выше приводятся подробные алгоритмы расчёта данных ИК полов, а также определение полезной площади и потребления рассматриваемым оборудованием электричества, с описанием конкретных примеров. Такими образом, потребитель получает возможность применить данный алгоритм для своей отделываемой комнаты, просто поменяв численные показатели её габаритных размеров.