Системы напольного отопления находят всё большее применение, что связано с ростом требований к комфорту, экономии энергии, улучшению внутреннего вида помещения, теплоизоляции и доступностью материалов и оборудования переходом на низкотемпературные источники тепловой энергии, например, тепловые насосы. В последнее время строители сдают квартиры и дома, как правило, без внутренней отделки, поэтому затраты на установку "теплого пола" сводятся к минимуму, поскольку в любом случае приходится заливать бетонные полы и практичнее сделать их сразу "теплыми".
Рост популярности систем напольного отопления неслучаен, поскольку они создают близкий к идеальному профиль распределения температуры внутри помещения. Не зря говорится: "Держи ноги в тепле, а голову – в холоде". Кроме того, комфортная температура при напольном отоплении на 1–2 °С ниже, чем при радиаторном, что уменьшает тепловые потери примерно на 5–10 %. Кстати, "теплый пол" не является современным изобретением: еще древние римляне использовали для отопления проложенные в полу помещения трубы, по которым проходил нагретый воздух.
Проектирование и монтаж систем напольного отопления требуют соблюдения ряда условий. Во-первых, температура подаваемой воды в систему теплого пола не должна превышать 60 °С, иначе возможно отслоение покрытия пола и дискомфорт для находящихся в помещении людей.
Во-вторых, температура пола не должна превышать заданных значений. Это связано с тем, что чрезмерный нагрев пола негативно отражается на самочувствии людей, особенно страдающих заболеваниями ног. В России эта температура составляет 26 °С. В Европе для различных зон помещения и разных зданий установлены различные значения предельной температуры поверхности пола. Так, в холле, проходной комнате и на входе в жилое здание температура пола не должна быть выше 27 °С; в жилой комнате, на кухне, в кладовой, ванной, душевой – не более 29 °С; такая же температура определена для офисов, школ, храмов и т.д. В периферийной, примыкающей к стенам, зоне помещений температура пола может составлять 32, в бассейнах – 33 °С.
Возможна комбинация напольного отопления с настенным и потолочным; по крайней мере, с отоплением участками "теплых стен" у наружных окон.
Тепловая эмиссия (теплоотдача) "теплого пола" зависит от температуры воды и шага укладки трубы, а также разности температур его поверхности и воздуха в помещении. Определить ее значение можно расчетным путем или воспользовавшись готовыми таблицами.
Надо сказать, что производители систем напольного отопления рекомендуют разные перепады температур прямой и обратной воды, например, 5 или 10 °С. Чем меньше это значение (при одинаковом шаге укладки трубы), тем выше теплоотдача пола (средняя температура теплоносителя выше), а градиент температур меньше (пол нагревается более равномерно). В то же время при меньшем перепаде температур необходим больший расход теплоносителя, и, соответственно, необходимо применять трубы большего диаметра, что приводит к удорожанию системы. Возможно, разность температур в 8 °С является некой "золотой серединой".
Возможны несколько вариантов укладки "теплого пола":
Перед укладкой основной изоляции "теплого пола" по периметру помещения необходимо проложить специальную боковую изоляцию, которая компенсирует тепловое расширение бетонной плиты пола. При возможности проникновения влаги через слой бетона к изоляции, например в случае устройства "теплого пола" над подвалом, под изоляцию необходимо уложить полиэтиленовую пленку. Бетонное основание должно быть очищено и при необходимости выровнено. Если подвал не отапливается, рекомендуется использовать дополнительный слой изоляции.
Следует иметь в виду, что при заливке бетонных полов рекомендуется использовать специальный состав и для улучшения сцепления трубы с бетоном добавлять в него пластификатор.
Можно рекомендовать следующий состав: 50 кг цемента (CEMI 32.5 R, соответствует DIN 1164), 225 кг песка (0,8 мм), 18 л воды, 0,5 л (600 г) пластификатора. После заливки стяжку рекомендуется "провибрировать" – для устранения воздушных "карманов" между трубой и бетоном.
Высота слоя бетона над трубой составляет обычно 3–7 см. Слишком тонкий сой может разрушиться, а слишком толстый – приводит к большой инерции системы. При длине плиты более 10 м или площади больше 45 м2 необходимо предусмотреть швы между плитами минимальной толщиной 5 мм. При прохождении труб через швы они должны быть защищены гофрированной трубкой.
Отметим, что после монтажа и подсоединения труб к коллекторам, до заливки бетона, необходимо провести опрессовку системы давлением 10 атм в течение 24 ч. При заливке давление в системе должно быть не меньше 3 атм.
Пуск системы осуществляется только после полного высыхания бетона (примерно 4 дня на 1 см толщины стяжки, т. е. для высыхания стяжки толщиной 5 см необходимо 20 дней). Нельзя использовать систему напольного отопления для ускорения сушки бетона. После пуска системы можно ежедневно увеличивать температуру подаваемой воды на 5 °С.
В качестве труб лучше использовать металлопластиковые, например Henco, типоразмером 16×2 или 18×2. Они непроницаемы для кислорода, имеют относительно небольшой коэффициент линейного расширения – 0,025 мм/(м⋅К) (в 8 раз меньше, чем у пластиковых труб) и высокий коэффициент теплопроводности – 0,43 В/(м⋅К), а также сохраняют форму при изгибании.
Длина одного контура, как правило, не должна превышать 100–120 м, потери – 20 кПа; минимальная скорость движения воды – 0,2 м/с (во избежание образования в системе воздушных пробок).
Рекомендуется избегать использования фитингов или, по крайней мере, применять фитинги, не подверженные коррозии при контакте с бетоном (например, PVDF пресс-фитинги). Как правило, в современных системах трубы петель соединяются непосредственно с коллекторами, которые имеют встроенные клапаны для изменения расхода теплоносителя в зависимости от температуры воздуха в помещении и расходомеры (у Henco – V-06-F), либо регулировочные вентили (V-06-R) для гидравлической балансировки петель.
На клапаны коллекторов устанавливаются сервоприводы, соединенные с центральным контроллером. В каждом помещении размещаются датчики комнатной температуры, которые с помощью радиосигнала либо электрического кабеля передают сигнал на центральный контроллер. При повышении температуры воздуха в помещении выше заданной сервопривод перекрывает подачу воды в данный контур.
Как уже говорилось, температура воды, подаваемой в систему напольного отопления, не должна превышать 60 °С; на практике она обычно бывает меньше 40 °С. Пожалуй, только отопление тепловыми насосами постоянно работает с такими параметрами.
Температура подаваемой воды от котлов и систем центрального отопления выше и достигает 95 °С. Поэтому необходимо предусматривать подмес из обратной линии. Узлы смешения могут быть реализованы с использованием двух- либо трехходовых клапанов. Сейчас многие производители перешли к выпуску готовых узлов смешения, что очень удобно при монтаже. В качестве примера можно привести узел VL-PGKT (Henco). Он оснащен трехходовым термостатическим смесительным клапаном, циркуляционным насосом и предохранительным термостатом для отключения насоса, если температура воды будет слишком высокой. В настоящее время выпускаются также узлы смешения, совмещенные с коллекторами. Например, модуль Hencomfort VL-HC с возможностью подсоединения от 1 до 16 контуров. В его состав входят встроенный циркуляционный насос, клапаны, настроечные вентили, предохранительный термостат.
В принципе, система напольного отопления обладает свойством саморегулирования, поскольку при уменьшении разницы в температурах воздуха и пола уменьшается тепловой поток, но отсутствие регуляторов может привести к перегреву поверхности пола. Возможны следующие виды регулирования:
В большинстве случаев, особенно при наличии высокотемпературных источников тепла, используют регулирование по температуре воздуха и температуре в "обратке"; температура подаваемой воды при этом – постоянна.
Расход воды в контурах вычисляется по формуле G = 3,6 ⋅ Q/4,19/∆T, кг/ч, где Q – теплопотери помещения (или часть теплопотерь при совместном использовании "теплого пола" с радиаторным отоплением), Вт; ∆T – разность температур подаваемой и обратной воды (как правило, от 5–10 °С).
Поскольку петли имеют разные длину и расходы, необходимо проводить гидравлическую балансировку (увязку) петель.
Увязка проводится либо настроечными вентилями по расчету потерь давления, либо по выставлению проектного расхода на расходомерах (ротаметрах) в коллекторах. Этот способ удобнее.
Потери давления в трубе можно рассчитать по формуле
∆Р = L ⋅ R, Па,
(L – длина контура, м; R – линейные потери давления, Па/м.)
Приводим также формулу для определения длины контура:
L = F/b,
где F – площадь пола, м2; b – шаг укладки трубы, м.
Трубопроводные петли напольного отопления могут быть уложены разными способами. Самый простой – "змейка", но при такой укладке в начале петли пол будет теплее, чем в конце (за счет более высокой температуры воды). При укладке спиралью подающая и обратная линии идут параллельно друг другу, поэтому температура пола равномернее. При постоянной температуре воды теплоотдачу и, соответственно, температуру поверхности пола можно изменять, меняя шаг укладки трубы. Так, у наружных стен трубу иногда укладывают с меньшим шагом.
Для обогрева подобных зон можно также использовать отдельный контур. Конкретная геометрия зависит от конкретной задачи и назначения помещения.
Напомним, что теплоотдачу "теплого пола" можно найти по таблицам – в зависимости от шага укладки, температуры воды и вида покрытия.
Допустим, что нужно спроектировать систему напольного отопления квартиры площадью 70 м2. Площадь отдельных помещений:
кухня – 10; санузел – 6; прихожая – 4; спальня – 20; кабинет – 15;
гостиная – 15 м2. На кухне, в санузле и прихожей положена плитка, а в остальных комнатах – паркетная доска. Температура воздуха во всех помещениях должна поддерживаться на уровне 20 °С;
температура воды в системе отопления – 45 °С.
Предварительно выбрав шаг укладки трубы 0,2 м, воспользуемся таблицей, чтобы определить удельную (на 1 м2) теплоотдачу пола с разным покрытием. Рассчитав после этого значения теплоотдачи "теплого пола" для каждого из помещений, проектировщик получает возможность решить вопрос о необходимости дополнительной установки радиаторов.
Рассчитать расход воды для металлопластиковых труб 16×2, длину контуров, потери давления в контурах и скорость воды в трубах можно с помощью компьютерной программы Rissert-Calc. Данные расчета представлены в табл. 2. Скорость воды для санузла и прихожей оказалась слишком низкой (менее 0,2 м/c), поэтому имеет смысл объединить эти контуры в один. Потери давления для спальни немного превышают 20 кПа, поэтому здесь, наоборот, следует спроектировать два контура либо использовать трубу большего диаметра – 18×2, тогда потери давления составят 10,8 кПа, а скорость воды – 0,3 м/с.
Производить расчет напольного отопления удобнее всего с помощью специальной компьютерной программы. Самые "продвинутые" из них выполнены на основе AutoCAD и позволяют нарисовать систему и сделать детальные расчеты (одна из таких программ разработана Henco). Для предварительных расчетов, а также расчетов небольших систем можно использовать более простые программы, например, Rissert-Floor или Henco-Floor, которые позволяют получить готовую спецификацию на необходимое оборудование и дать полезную информацию о системе.
