23.06.2025 06:11
Alex_Burzhinskiy 13 13000 Источник

В статье представлены результаты численного моделирования 9 схем раскладки труб водяного теплого пола для типового помещения. Основное внимание уделено зоне у наружной стены, где наблюдаются наибольшие теплопотери.

Исследование позволило сравнить эффективность различных вариантов укладки (спираль, змейка, двойной змеевик) по таким критериям, как теплоотдача, равномерность распределения температуры, гидравлические потери и удобство монтажа. Результаты показали, что универсального решения не существует, однако определены оптимальные схемы для различных эксплуатационных условий.

Системы напольного отопления завоевали популярность благодаря высокой энергоэффективности и комфортному распределению температуры. Однако их эффективность во многом зависит от выбранной схемы раскладки труб. Несмотря на обилие вариантов укладки, вопрос выбора оптимальной схемы до сих пор остается актуальным, особенно для помещений с повышенными теплопотерями, таких как зоны у наружных стен.

Цель данного исследования — провести сравнительный анализ 9 схем раскладки труб, используя методы CFD-моделирования. Основные задачи:

  • Оценить теплоотдачу и равномерность распределения температуры для каждой схемы.

  • Сравнить гидравлические потери в контурах.

  • Определить преимущества и недостатки каждой схемы с точки зрения монтажа и эксплуатации.

Методология

Расчетная модель

Моделирование выполнено для помещения размером 6×5,5×3,5 м с окном. Зона раскладки теплого пола составила 4×4 м. Использовались следующие параметры:

  • Труба: PEX (сшитый полиэтилен) 20×2,0 мм.

  • Стяжка: 70 мм (толщина слоя над трубой — 45 мм).

  • Напольное покрытие: кафельная плитка (10 мм).

 Параметры теплоносителя:

  • Расход: 110 кг/ч.

  • Температура подачи: 38°C.

Рис. 1. Разрез стяжки расчетной модели
Рис. 1. Разрез стяжки расчетной модели

Исследуемые схемы раскладки

Были рассмотрены 9 вариантов укладки:

1. Спираль с шагом 200 мм (длина контура: 70,3 м) 

2. Спираль с шагом 150 мм (длина контура: 98,3 м) 

3. Спираль с граничной зоной (длина контура: 81,5 м) 

4. Змейка с шагом 200 мм (длина контура: 67,8 м) 

5. Змейка с шагом 150 мм (длина контура: 100,4 м) 

6. Змейка с граничной зоной (длина контура: 93,2 м) 

7. Двойной змеевик с шагом 150 мм (длина контура: 100,2 м) 

8. Двойной змеевик с граничной зоной (длина контура: 93,7 м) 

9. Двойной змеевик с отдельным контуром ГЗ (длина контура: 93,8 м)

Результаты моделирования

Расчетная сетка состоит из ≈ 3,5 млн ячеек. Для каждой схемы было выполнено по 3000 итераций.

Поскольку в помещении возникает естественная конвекция воздуха (ниспадающий поток от холодного окна и наружной стены), то для лучшей наглядности в результатах представлены осредненные значения (без конвективных струй воздуха).

Рис. 2. Расчетная сетка
Рис. 2. Расчетная сетка
Рис. 3. Ниспадающий поток холодного воздуха
Рис. 3. Ниспадающий поток холодного воздуха
Рис. 4. Мгновенный тепловой поток / Осредненный тепловой поток
Рис. 4. Мгновенный тепловой поток / Осредненный тепловой поток

В результате моделирования получены поля температур и плотности теплового потока на поверхности пола, а также значения температуры и потери давления на выходе из контура.

Распределение температуры и теплового потока

Рис. 5. Спираль с шагом 200 мм
Рис. 5. Спираль с шагом 200 мм
Рис. 6. Спираль с шагом 150 мм
Рис. 6. Спираль с шагом 150 мм
Рис. 7. Спираль с шагом 200 мм и граничной зоной
Рис. 7. Спираль с шагом 200 мм и граничной зоной
Рис. 8. Змейка с шагом 200 мм
Рис. 8. Змейка с шагом 200 мм
Рис. 9. Змейка с шагом 150 мм
Рис. 9. Змейка с шагом 150 мм
Рис. 10. Змейка с шагом 200 мм и граничной зоной
Рис. 10. Змейка с шагом 200 мм и граничной зоной
Рис. 11. Двойной змеевик с шагом 150 мм
Рис. 11. Двойной змеевик с шагом 150 мм
Рис. 12. Двойной змеевик с шагом 200 мм и граничной зоной
Рис. 12. Двойной змеевик с шагом 200 мм и граничной зоной
Рис. 10. Двойной змеевик с последовательно подсоединенным контуром граничной зоны
Рис. 10. Двойной змеевик с последовательно подсоединенным контуром граничной зоны
Рис. 11. Результаты моделирования в табличной форме
Рис. 11. Результаты моделирования в табличной форме
Рис. 12. Суммарная тепловая мощность схем
Рис. 12. Суммарная тепловая мощность схем
Рис. 13. Удельная мощность схем (Вт на 1 метр трубы)
Рис. 13. Удельная мощность схем (Вт на 1 метр трубы)

Выводы

Сравнивать схемы можно по множеству параметров, вот основные из них:

  • Общая мощность системы

  • Удельная мощность на один метр трубы или метр квадратный пола

  • Равномерность распределения температур

  • Потери давления в контуре

  • Простота монтажа и др

Наибольшей эффективности (теплоотдачи) можно добиться только за счет большой разности температур, то есть при более плотной укладке горячей подающей трубы возле холодной наружной стены. И результаты моделирования это подтверждают: схемы с граничной зоной возле наружной стены имеют большую плотность теплового потока в этих местах. Однако в вопросе выбора схемы раскладки труб важным фактором является равномерность распределения температуры. Здесь схемы с граничной зоной, а также «змеевик» значительно уступают спирали и двойному змеевику.

Наибольшая теплоотдача — Змеевик (за счет высоких температур вблизи наружной стены можно снять большое кол‑во тепловой энергии)

Наиболее равномерное распределение температуры — Спираль (параллельно уложенные трубы подачи и обратки дают комфортное распределение температуры на поверхности пола)

Наименьшие потери давления в контуре — Спираль (за счет плавных и больших поворотов потери давления в таких раскладках минимальные)

Наиболее простая в монтаже — Змеевик (простая укладка от одной стены к противоположной

Компромиссный вариант — Двойной змеевик (более плотная укладка подающей трубы возле наружной стены повысит теплоотдачу, а параллельно идущие трубы подачи и обратки дадут равномерное распределение температуры по сравнению с классической «Змейкой»)

Таким образом, выбор схемы раскладки труб теплого пола должен основываться на конкретных требованиях: приоритете энергоэффективности, комфорте или простоте монтажа.

Комментарии (13)


  1. azzas
    23.06.2025 06:46
    #28472938

    А вы ресурсом не ошиблись? Ну давайте еще обзор Интерскола тогда...


  1. moonoviy
    23.06.2025 06:46
    #28472944

    А можно только вдоль холодной стены, чтобы в остальном помещении пыль конвекцией не поднималась в воздух?


    1. kompilainenn2
      23.06.2025 06:46
      #28473282

      Конвекция от теплого пола способна поднять пыль? У вас там до какой температуры греется всё?


    1. nerudo
      23.06.2025 06:46
      #28473340

      Чтобы запах жареного мяса (с пяток) не отвлекал от дел ;)


    1. moonoviy
      23.06.2025 06:46
      #28476838

      Для тех, кто не верит в этот эффект, предлагаю посмотреть на стену около батареи в подъезде - там редко прибирают, оттого эффект хорошо виден: характерный шлейф пыли на стене.

      Чем меньше частички, тем легче им взлетать на всей площади теплого пола при этих казалось бы небольших перепадах температур.


      1. Lukovkin_a
        23.06.2025 06:46
        #28477368

        Там скорее другая причина- пыль, летающая в воздухе, двигается с воздухом через батареи, и частично оседает на стенах. С пола поднять можно то, что туда упало, а такая мелочь летает не падая. Имхо.


      1. Lexiff
        23.06.2025 06:46
        #28481186

        Сравните температуры радиатора и теплого пола и обрящете.


  1. wkon
    23.06.2025 06:46
    #28474200

    Спасибо. Весьма любопытно. Было бы очень интересно сделать подобное моделирование для комбинированной СО: тёплый пол + батареи. В этом случае теплоотдача пола будет порядка 15ватт/м2. И очень полезно было бы получить расчёты, с каким шагом надо укладывать трубу, чтобы температурная "зебра" получилась такой же как у обычного тёплого пола с шагом 15см.


    1. Alex_Burzhinskiy Автор
      23.06.2025 06:46
      #28476746

      Благодарю! Да, тема интересная: при комбинированной СО будет ниже мощность не только теплого пола, но и конвектора поскольку он будет "втягивать" не холодный воздух с пола, а предварительно нагретый. Получается суммарно общая мощность будет выше, но каждый элемент по отдельности не сможет работать на максимум. Возможно в будущем изучу этот вопрос!


      1. ailcat
        23.06.2025 06:46
        #28476938

        Главный плюс такой схемы - комфорт. Уже считали, что в средний мороз температура пола значительно превысит комфортные для ног +25...+25 градусов.
        Соответственно, оптимальным оказывается теплый пол, обеспечивающий именно эту температуру (то есть закрывающий осень и небольшие минуса зимой), а на случай сильных морозов - дополнительный догрев воздуха радиаторами под окнами. Вот только расчет такого режима по классическим формулам - дает слишком большую ошибку (ибо теплый пол срывает конвекцию от батарей под окном, и в то же время достаточно высокая скорость потока над радиаторами нарушает конвекцию от теплого пола). Было бы неплохо поиметь наглядные данные по типу созданных для водяного пола...


        1. Vilos
          23.06.2025 06:46
          #28477834

          Чушь сударь пишете. У меня 2-х этажный дом. Суммарная площадь больше 200 метров. На один этаж примерно 100 метров приходится. Живу в средней полосе России. Нередки морозы до -35...а бывали и -40. На первом этаже батареи классических вообще нет. Но все нормально, пятки не горят. Ответ на самом деле очень прост: выставляешь на котле нужную температуру в контуре, допустим комфортно +20 и... всё. Котел просто больше жгет газа чтобы уровновешивать количество отданного тепла от пола, но у пола как была температура при несильном морозе, она точно такая же что и при сильном морозе - просто газа сжигается больше. Ощущения для ног не меняются.


        1. longmaster
          23.06.2025 06:46
          #28479786

          Аналогично, дом в подмосковье 2 этажа более 200м, с достаточно большим остеклением, частично в пол, общей площадью около 60 кв.м. Газобетон D400 400мм без доп.утепления. Радиаторы есть только в гараже под секционными воротами, в остальном доме только тёплые полы, на обоих этажах.

          Температура ТП +25 - минимально комфортная, при условии, что семья любит ходить босиком, а не в тапках и шерстяных носках. При этом, если на улице более -5, то приходится достаточно интенсивно проветривать дом, потому что жарковато получается. Самые сильные морозы были до -30, ТП при этом прогревались до 28 гр., и это тоже как раз комфортная температура при такой забортной. Температура воздуха в доме стабильно около 23гр.

          Я заложил под самыми большими окнами возможность внутрипольной подачи подогретого воздуха, но так и не запустил в эксплуатацию, оказалось не нужным.

          Так что практика показала, что в средней полосе вполне комфортно можно обогреваться одними лишь ТП в типовом современном доме. Причём ещё на этапе проектирования я делал достаточно детальные расчёты теплопотерь, и они выходили существенно меньше пресловутых 100вт/кв.м., в т.ч. с учётом инфильтрации. И практика подтверждает эти расходы.


          1. Barhardr
            23.06.2025 06:46
            #28482468

            если на улице более -5, то приходится достаточно интенсивно проветривать дом, потому что жарковато получается. 

            Не получается "высоко энергоэффективное" решение микроклимата дома.

            Автор статьи умалчивает о высокой тепловой инерционности массивной плиты тёплого пола.

            Отопительный прибор, который медленно нагревается и медленно остывает - не соответствует самому определению эффективности. Эффективность - это способность достигать желаемого результата с минимальными затратами ресурсов и времени