От понимания устройства и принципов расчетов отопительных панелей зависит правильность принятых технических решений, даже на стадии предварительной оценки объекта.

В конструкциях систем водяной теплый пол происходит распределение и передача тепловой энергии, которые зависят от тепловой нагрузки, геометрических и теплофизических параметров греющей панели, материала и диаметра труб контуров теплого пола, материала чистового покрытия и т.п. (рис. 1).

Рис. 1 Разрез отопительной панели системы водяной теплый пол бетонного типа.

где:
Tвоздуха[°С] – требуемая температура воздуха в помещении. Диапазон регламентируется по СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» и по техническому заданию в зависимости от назначения помещения.
Tпола[°С] – температура поверхности пола. Регламентируется в СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование» в зависимости от назначения помещения.
S[м²] – площадь, занимаемая напольной отопительной панелью.
Л  [Вт/м*°С] – теплопроводность материалов участвующих в процессе теплопередачи. Зависит от типа материала, его толщины и его физико-технических свойств. Часть данных имеется в СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника» и/или указывается производителем материалов. Частично данные приведены в таблице ниже.
б  [м] – толщина материалов участвующих в процессе теплопередачи.
Ci[м] – расстояние между трубами контуров системы водяной теплый пол (шаг укладки). Выбирается исходя из требуемой тепловой нагрузки на систему, а также назначения помещения.

Теплопроводность некоторых материалов

Распределение тепловой энергии происходит за счет движения нагретого теплоносителя по трубам (контурам системы водяной тплый пол), встроенным внутрь греющей панели. Одна из основных задач при расчете и проектировании системы водяной теплый пол – достичь равномерного распределения температуры по поверхности греющей панели, зависящего от расстояния Ci между трубами контуров отопительной панели. Результат решения этой задачи – выбор оптимального шага укладки труб контуров системы водяной теплый пол.

Передача тепловой энергии (теплообмен) в рассматриваемой нами отопительной системе происходит тремя способами: теплопроводность (кондукция), конвекция и излучение.

Теплопроводность (кондукция). Передача тепла в твердых телах от теплого к холодному. В нашем случае происходит непосредственно в самой отопительной панели от труб контуров системы водяной теплый пол к бетону, от бетона к чистовому покрытию. Эффективность процесса зависит от температуры теплоносителя, расхода теплоносителя G _{контура} через греющий контур, а также  R_сум   суммарного термического сопротивления материалов, участвующих в процессе теплопередачи.

Конвекция. Теплопередача в жидких и газообразных средах за счет движения сред от теплого к холодному. В нашем случае - теплопередача тепла от греющей панели воздуху в нагреваемом помещении. Главная характеристика процесса –  a_k[Вт/м²*°С] – коэффициент теплопередачи при теплообмене конвекцией.

Излучение. Наблюдается между двумя и более телами, разделенными, хотя бы частично, прозрачной средой, и зависит от температур и свойств поверхностей тел, а также от оптических свойств среды. В нашем случае от греющей панели к окружающим предметам (мебель, стены и т.п.). Главная характеристика процесса – a_k  [Вт/м²*°С] – коэффициент теплопередачи при теплообмене излучением.

В общем теплообмене в помещении участвуют все его поверхности, воздушные струи (потоки) и воздух помещения. Этот процесс можно описать только системой большого числа уравнений, что затрудняет «повседневное» решение задачи. Сначала система была приведена А.М.Листовым и М.И.Киссиным к решению системы из двух уравнений общего теплообмена в помещении. Решение системы из двух уравнений, так же как и полной системы, неудобно в инженерной практике, поэтому пошли по пути дальнейшего упрощения расчетной схемы. Теоретическая проработка этого вопроса Шориным С.Н. и решение уравнений на электрической аналоговой модели позволили сделать следующий вывод:

Полное количество тепла Q_П , отдаваемое панелью, равно сумме ее лучистой  Q_П.Л. и конвективной Q_П.К.  составляющих:

где:
Тн.о. температура нагретых ограждающих конструкций.
В соответствии со вторым условием комфортности, на основании гигиенических исследований А.Е. Малышевой, Ф. Кренко, Ф. Миссенара, Е.А. Насонова и Д.И. Исмаиловой, коэффициенты определены по графикам, полученным И.Шаркаускасом методом светового моделирования:

Таким образом, примерно, половина тепла передается за счет теплообмена конвекцией и половина за счет излучения. А если быть точными, то 45% и 55% соответственно.