Насколько быстро нагреваются электрические «теплые полы»

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:

t нагрева = (С/Р) • (Т начальная – Т конечная),

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:

t нагрева = (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/м², 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 135 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.

Автор: Олег Медведев