Рис. 1. Требуемые сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций
Рис. 2. Зоны ГСОП для температуры внутреннего воздуха +20 °С
Рис. 3. Схемы расположения помещения в здании
Табл. 1. Требуемые коэффициенты теплопередачи ограждающих конструкций при температуре воздуха в помещении +20°С
Табл. 2. Удельные потери тепла через ограждающие конструкции
Табл. 3. Средний удельный тепловой поток от теплого пола
Табл. 4. Удельные затраты тепла на нагрев инфильтрующегося воздуха
Табл. 5. Удельная теплопотребность помещений с учетом затрат тепла на нагрев инфильтрующегося наружного воздуха
Попытаемся получить ответ на этот вопрос для современных жилых зданий, опираясь на отечественные строительные нормативы. Примем, что здания имеют неотапливаемый технический этаж и неотапливаемый подвал (в расчетах температура воздуха в этих помещениях принята 0 °С, фактически, она определяется из уравнения теплового баланса).
Ограждающие конструкции зданий должны иметь приведенное сопротивление теплопередаче не ниже значений, изложенных в табл. 4 СНиП 23-02–2003 «Тепловая защита зданий» в зависимости от градусо-суток отопительного периода (ГСОП, рис. 1). Примерное территориальное расположение зон ГСОП показано на рис. 2, который построен на основании табличных СНиП 23-01–99* «Строительная климатология».
Используя значения требуемых сопротивлений теплопередаче, можно определить требуемые общие приведенные коэффициенты теплопередачи для каждого типа ограждающей конструкции (см. табл. 1). Если рассматривать жилое помещение со стандартным соотношением сторон 4:3 и площадью остекления равной 18 % от площади пола, то в зависимости от схемы расположения помещения в здании (см. рис. 2), можно вычислить удельные потери тепла через ограждающие конструкции, приходящиеся на 1 м2 площади пола (см. табл. 2).
Определяющим фактором при оценке предельных значений удельного теплового потока от элементов системы панельного отопления является максимально допустимая температура поверхности. В соответствии с п. 3.16 СНиП 2.04.05–91* средняя температура поверхности полов в зонах постоянного пребывания людей не должна превышать 26 °С; в зонах временного пребывания — 31 °С. Максимальная температура поверхности пола по оси нагревательного элемента не должна быть выше 35 °С.
Для паркета максимально допустимая температура поверхности — 27 °С (п. 3.9 СП 41-102–98). Для определения максимального удельного теплового потока от теплого пола, можно использовать формулу, рекомендованную европейскими нормами DIN EN 4725-3 для интервала температур внутреннего воздуха от 18 до 25 °С: q = 8,92(tн – tв)1,1, Вт/м2. Среднюю температуру пола в основной зоне помещения примем 26 °С, а в краевых зонах шириной 0,75 м (вдоль наружных стен) — 31 °С.
При этих условиях возможности напольного отопления для жилых помещений с температурой внутреннего воздуха 20 °С — см. табл. 3. Сравнивая данные табл. 2 с реальными возможностями напольного отопления, можно утверждать, что во всех рассмотренных случаях теплый пол в российских климатических условиях при соблюдении нормативных требований по тепловой защите способен возместить теплопотери через ограждающие конструкции.
Анализ таблицы показывает еще один очень интересный и, на первый взгляд, парадоксальный факт: с увеличением показателя ГСОП возможности напольного отопления возрастают. Это связано с тем, что в нормах принята такая зависимость требуемого сопротивления теплопередаче Rтр от ГСОП (см. рис. 1), которая «сглаживает» в экономически целесообразных пределах дисбаланс между годовым теплопотреблением в районах с мягким и суровым климатом.
Однако, кроме теплопотерь через ограждающие конструкции, при отсутствии принудительной вентиляции, в расчете мощности отопительной системы необходимо учитывать затраты тепла на нагрев инфильтрующегося наружного воздуха. Требования российских норм предполагают учитывать эти затраты из расчета нагрева до комнатной температуры 3 м3 воздуха в час на 1 м2 площади помещений.
Для расчета количества тепла используется формула: Qинф = 0,28L ρнcв(tв – tн). Результаты расчетов представлены в табл. 4. Добавляя затраты тепла на нагрев инфильтрующегося воздуха, учтенные в нормативном объеме, к теплопотерям через ограждающие конструкции, получим данные общей удельной теплопотребности (табл. 5).
Как видно из табл. 5, при учете нормативных затрат тепла на нагрев поступающего с улицы воздуха возможности напольного отопления по самостоятельному отоплению зданий несколько сократились, причем именно в зонах с ГСОП 2000–4000. Однако и здесь все не так однозначно. Ведь при живом проектировании можно учесть и ряд следующих факторов:
- при напольном отоплении температуру внутреннего воздуха в помещении можно принять на 1,5–2 °С ниже, чем при радиаторном отоплении. При этом результирующая (ощущаемая) температура для человека не изменится, т.е. уровень комфортности останется прежним;
- человек тоже является своеобразным «теплогенератором», развивая даже в состоянии покоя «тепловую мощность» в 80– 100 Вт (по массе тела), что добавляет к теплопоступлениям в 5– 8 Вт/м2 с человека;
- для нормального дыхания человеку нужно в час всего 1,5 м3 воздуха, а не 3 м3/м2 (60 м3 для помещения в 20 м2), как предусмотрено нормами по инфильтрации;
- в дополнение к теплому полу можно использовать фрагментарное «настенное» отопление, тем более, что строительными нормами допускается повышение средней температуры поверхности стены на уровне 1 м от пола до 95 °С;
- в конце концов, пять суток в году, при которых (по статистическим данным) наблюдается расчетная зимняя температура, можно либо поступиться проветриванием, либо использовать какой-либо дополнительный источник тепла (например, тепловентилятор), т.к. при превышении расчетной температуры радиаторное отопление тоже не справится с возмещением теплопотребности.
Удобство отопления с помощью теплого пола, пожалуй, ни у кого не вызывает сомнения. Данной статьей хотелось поколебать бытующее заблуждение, что «севернее Ростова теплый пол не может конкурировать с радиаторным отоплением». Может, и успешно конкурирует. В Финляндии, Швеции, Норвегии и Дании более 45 % жилых домов отапливаются с помощью различных безрадиаторных систем лучистого обогрева.
