Скорость нагрева электрического "Теплого пола"

 
Достаточно часто потребители и специалисты задают вопрос: "Сколько времени потребуется на нагрев пола при включении системы электрического "Теплого пола" при наступлении холодов?». Или другой подобный вопрос: "Насколько быстрее нагреется пол с нагревательным матом, уложенным сразу под плиткой по сравнению с кабелем в стяжке?".

Для ответа на подобные вопросы ниже приведены оценочный расчет скорости нагрева конструкции пола и примеры вычисления времени нагрева для некоторых конструкций пола.

В данном расчете принимается следующая конструкция: пол без теплоизоляции под кабелем, снизу под перекрытием – отапливаемое помещение. В расчет не берутся потери тепла с поверхности пола и с поверхности потолка под бетонным перекрытием. Предполагается, что для оценки нагрева задаются слой над кабелем/матом и слой под кабелем/матом с аналогичной толщиной.

Время нагрева пола связано с теплоёмкостью его конструкции и для 1 м2 может быть рассчитано по формуле:
tнагрева = (С/Р) • (Тначальная – Тконечная),

где

С – теплоемкость 1 м2 пола,
Р – мощность нагревательной системы, Вт/м2,
Т – температуры пола начальная и конечная.


Теплоемкость рассчитывается по формуле:

C = ρ • c • V,

где

ρ – удельная плотность материала(-ов) конструкции пола,
с – удельная теплоемкость материала(-ов) конструкции пола,
V – объем нагреваемой конструкции пола.


Для примера возьмем следующие характеристики:
установленная мощность – 135 Вт/м2 (при 220 В);
толщина стяжки над кабелем/матом – 15 мм + клей 5 мм + плитка 10 мм = 30 мм;
начальная температура пола 18 °C, принимаем минимальную комфортную температуру "Теплого пола" 27 °C;
удельная теплоёмкость цементно-песчаной стяжки c = 840 Дж/(кг•K), удельная плотность ρ = 1600 кг/м3 (ДБН В.2.6-31:2006 Теплова ізоляція будівель). Для простоты расчета примерно такие же характеристики для клея и плитки.
Для упрощения расчета предполагается, что для начального нагрева оценивается слой над кабелем/матом и слой под кабелем/матом с аналогичной толщиной. Таким образом, теплоёмкость 1 м2 конструкции пола с прогреваемой толщиной 30 + 30 = 60 мм = 0,06 м и соответственно с таким же объемом для 1 м2 составит:


C = ρ • c • V = 1600 • 840 • 0,06 = 80 640 Дж/(K•м2).


Время нагрева составит:

tНагрева = (80640 / 135) • (27 - 18) = 5376 с ≈ 1,5 часа.

Таким образом, оценочное значение скорости нагрева с 18 до 27 °C (на 9 °C) для системы "Тёплый пол" с мощностью 135 Вт/м, с глубиной установки кабеля/мата 3 см, стяжкой под кабелем/матом толщиной минимум 3 см,теплоизоляция сразу под кабелем/матом отсутствует, составляет примерно 1,5 часа.


Скорость нагрева пола над кабелем/матом составляет примерно 3 см / 1,5 часа ≈ 2 см/час, где 3 см – глубина установки кабеля/мата и нет теплоизоляции сразу под кабелем. Эта скорость и даст ответ на вопрос – "Сколько времени потребуется на нагрев пола, если кабель лежит на такой-то глубине?", то есть глубина установки кабеля делится на эту скорость.
Если кабель/мат установлен непосредственно на теплоизоляцию, то есть отсутствует нагрев стяжки под ним, то при аналогичной глубине его установки скорость нагрева будет в 2 раза выше – примерно 4 см/час.


Ниже приведены примеры оценочных расчетов времени нагрева поверхности "тёплого пола" до минимальной комфортной температуры при мощности 130 Вт/м2.


Мат под плиткой толщиной 1,5 см (тут конструкция пола обычно всегда без теплоизоляции "сразу под матом"):
1,5 см / 2 см/час ≈ 0,75 час.

Кабель нагревательный установлен в стяжку без теплоизоляции на глубине 5 см от поверхности, снизу под перекрытием теплое помещение:
5 см/ 2 см/час ≈ 2,5 час.

Кабель на теплоизоляции в стяжке на 5 см от поверхности (мин. 2 см. толщиной, с разделительным слоем, например, из алюминиевой фольги):
5 см / 4 см/час ≈ 1,25 час.

Относительно рассчитанных величин скорости нагрева конструкции пола можно сделать следующие выводы:

  • Наиболее быстро нагревается пол с установленным сразу под плиткой нагревательным матом. При этом скорость нагрева невелика и может оцениваться пределах 0,5-1 час;
  • Пол с нагревательным кабелем в стяжке нагревается примерно раза в 3 дольше, чем с нагревательным матом под плиткой;
  • Установка теплоизоляции в полу с нагревательным кабелем в стяжке уменьшает время нагрева примерно в 2 раза;
  • Установка теплоизоляции в конструкцию пола приводит к значительному снижению потерь тепла вниз, особенно если снизу не теплое помещение. Технически разумная минимальная толщина теплоизоляции для пола над  теплым помещением – 2 см, для пола на грунте – 5 см, если снизу наружный воздух – 10 см (толщина теплоизоляции по стандарту "Теплова ізоляція будівель" примерно в 1,5-2 раза больше);
  • Относительно общего принципа работы системы "Теплый пол" – поддержание комфортной температуры поверхности пола, скорость нагрева влияет на время достижения комфорта только при включении системы. Однако такие системы обычно эксплуатируется непрерывно, как минимум, в течение холодного времени года. Желание снизить энергопотребление, например, в ночное время, не должно реализовываться "ручным" включением / выключением, а применением специального терморегулятора с так называемым "интеллектуальным" таймером. Он рассчитывает скорость нагрева конкретной конструкции пола, заранее включает нагрев на основании этого расчета и обеспечивает комфортную температуру пола к заданному пользователем времени.


Уюта и комфорта с кабельными нагревательными системами!


Автор: Олег Медведев, технический менеджер направления "Кабельные нагревательные системы DEVI", соавтор 2 стандартов:

1. ДБН В.2.5-24-2012 "Електрична кабельна система опалення"
2. ДСТУ-Н Б В.2.5-78:2014 "Настанова з улаштування антикригових електричних кабельних систем на покриттях будівель і споруд та в їх водостоках"