Прочный мир

Всё, что вы хотели знать о водяных теплых полах, но не знали, у кого спросить

Введение

Принято считать, что пальма первенства в области обогрева жилья тёплыми полами принадлежит древним римлянам с их хипокаустом. Это мнение однако, оспаривают азиаты, утверждающие, что подобные системы с названиями «ондоль» или «кан» у корейцев и «гудыл» у чжурчдженей появились значительно раньше. В отличие от достаточно совершенного в инженерном плане древнеримского устройства дальневосточный аналог представлял собой простую систему из двух дымоходных каналов, расходившихся от очага и проходивших под лежанками по периметру жилого помещения. Впрочем, отопительную  функцию кан-ондоль выполнял не менее успешно, чем хипокауст. В то же время нельзя не отметить весьма существенный момент: если в Корее система подпольного отопления являлась неотъемлемой частью практически любого жилого помещения, то древнеримские хипокаусты применялись исключительно для отопления терм (бань),  жилищ патрициев и аристократов. Закат эпохи Древнего Рима, уничтоженного варварами, на полтора тысячелетия лишил Европу технологий подпольного отопления, в то время как в Корее ондоль в классической форме благополучно дожил до начала 60-ых годов 20-го века.

В начале двухтысячных на Аляске канадско-американская археологическая экспедиция обнаружила в жилых землянках неолитических охотников на моржей фрагменты системы отопления, аналогичные ондолю. Как видим, новое – это часто хорошо и незаслуженно забытое старое. Примерно с 70-ых годов 20-го века во всём мире началось возрождение систем подпольного отопления, в первую очередь – водяных тёплых полов. Этому во многом способствовало внедрение жёстких экологических норм в жилом и гражданском строительстве, расширение применения низкотемпературных источников тепла. Рост доли панельного отопления объясняется  высокой эргономичностью таких систем. Старая мудрость «держи ноги в тепле, а голову в холоде» как нельзя лучше иллюстрирует это: тёплые полы способны обеспечить тот уровень физиологического и психологического комфорта, который не доступен другим типам отопительных систем.

О трубах и контурах

Конструктивно водяной тёплый пол, выполненный по т.н. «мокрой технологии» представляет собою монолитную цементно-песчаную плиту с внедрёнными трубопроводами, по которым циркулирует теплоноситель. Сформированная таким образом греющая панель, уложенная поверх слоя утеплителя, создаёт тепловой поток, направленный вверх. Преобладающее количества тепла при этом передаётся в окружающую среду путём излучения. Низкая конвективная составляющая теплопередачи приводит к существенному снижению перемещения воздуха в помещении и сопряжённого с ним переноса пыли.

Наиболее востребованными  в Витебске и Витебской области для монтажа водяных теплых полов являются трубы из модифицированного полиэтилена PE-RT (Polyethylene of Raised Temperature resistance- полиэтилен повышенной термостойкости) различных производителей и соответственно – различных ценовых категорий. Объединяет их специализация. Они предназначены для применения исключительно в системах водяных теплых полов или стен и имеют ограничение по рабочей температуре и рабочему давлению, не позволяющие применять данные материалы для монтажа систем центрального отопления. Бюджетный сегмент представлен PE-RT трубой китайского, турецкого и российского производства размерности ф16х2 мм. О брендах говорить не приходится, более того – сами продавцы и монтажники называют данный товар просто «красной трубой». На следующей ступени находится производимый в Китае российско-итальянский «Valtec». Бухты этой трубы можно встретить как на рыночных развалах, так и в специализированных магазинах или у оптовиков. Широко представлена труба PE-RT под брендом HELME (Германия), изготовителем которой заявлена компания HpgPlasticsGmbHиз Ратингена, Северный Рейн-Вестфалия.  Из материалов с оптимальным соотношением «цена/качество» хотелось бы в первую очередь отметить трубу KANPE-RTBlueFloorразмерности 16х2 мм или 18х2 мм. Не менее качественным, но более дорогим аналогом является труба TECEfloorSLQPE-RT ф16х2 мм и 20х2 мм.

Трубы из сшитого (сетированного) полиэтилена PE-X(с,b,a) применительно к теплым полам на Витебщине практически не применяются в первую очередь по финансовым соображениям. Большая доля рынка труб для панельного отопления как в областном центре, так и в регионах  занята многослойными (металлополимерными или в просторечии - металлопластовыми) трубами. Выбор в их пользу объясняется как консерватизмом и слабой информированностью потребителей, так и удобством монтажа, что особенно привлекает непрофессиональных монтажников и самостроев. Нижняя часть эконом-сегмента занята трубой сомнительного качества и откровенно спорного происхождения. Выше располагается уже упоминавшийся бренд Valtec ф16х2 мм и ф20х2 мм. Наиболее широко в опте и рознице Витебщины представлены многослойные трубы ф16х2 мм и ф20х2 мм  APE (Италия) и Wavin (Чехия). Изредка встречаются такие бренды как Herz, Giakomini, Hydrosta, KAN, TECE.

Как уже было сказано выше, трубопровод в панельном отоплении выполняет функцию нагревательного элемента. Ряд простых правил монтажа трубопровода гарантируют корректную работу системы в дальнейшем:

·          длина контура (петли) тёплого пола определяется расчётными потерями давления; на практике, как правило, лимитируется 100 метрами для труб ф16*2 мм и 120 метрами – для труб ф18х2 мм и 20х2 мм;

·          наиболее эффективной является укладка трубы улиткой (спиралью), при которой подающие и обратные ветви трубопровода чередуются, что обеспечивает равномерность распределения теплового потока в греющей плите;

·          при укладке контура меандром (змейкой) необходимо учитывать падение температуры теплоносителя по мере его продвижения по трубопроводу, поэтому контур должен начинаться в зоне с наибольшими тепловыми потерями; данная схема укладки рекомендуется для помещений удлинённой формы, в них же может применяться и комбинированная схема (меандр+спираль);

·          зачастую при монтаже тёплого пола используется фиксированный регулярный шаг укладки петель контура – 5;10;15;20;25 см; диапазон более 25 см не рекомендуется ввиду проявления т.н. «тепловой зебры» - отчётливого ощущения теплых и холодных зон на поверхности пола;

·          для компенсации значительных локальных тепловых потерь, к примеру на стеновых ограждениях с большой площадью остекления (т.н. французских окнах, эркерах, террасах) рекомендуется формировать в греющих плитах теплых полов граничные зоны шириною до 1 м, состоящие из плотно уложенных (от 5 см и менее) труб; граничные зоны могут монтироваться как из трубопроводов основного греющего контура, так и представлять собой одну или несколько петель независимого контура;

·          при укладке труб контура с малым шагом во избежание заломов следует неукоснительно соблюдать правило «минимальный радиус изгиба PE-RTи PE-Xтруб не должен быть меньше пяти наружных диаметров», поэтому дугу поворота в таких случаях нужно формировать в виде буквы «омега»;

·          при устройстве подпольного отопления на больших площадях, например в спортивных и концертных залах для обеспечения равномерного распределения давления в системе целесообразно применять укладку трубопроводов по схеме Тихельманна.

При укладке водяных тёплых полов следует помнить, что в процессе эксплуатации в греющих плитах возникают линейные термические напряжения из-за нагрева или охлаждения конструкции. Для их компенсации греющие плиты выполняются «плавающими». По периметру плиты устраиваются разделительные швы шириной не менее 5 мм, отделющие её от вертикальных строительных конструкций и сооружений (стен, колонн), а также от соседних греющих плит. Разделительный шов позволяет греющей плите свободно расширяться без угрозы разрушения, кроме того шов, заполненный пористым полимерным материалом выполняет функцию тепло- и звукоизолятора.

Разграничение греющей поверхности тёплого пола разделительными швами осуществляется в следующих случаях:

·          если одна из сторон греющей поверхности превышает 8 метров;

·          если общая площадь греющей поверхности превышает 40 квадратных метров;

·          если соотношение длин сторон греющей поверхности превышает соотношение 1:2;

·          если греющая поверхность имеет сложную геометрическую форму;

·          если планируется применять несколько типов напольного покрытия с разными характеристиками по теплопроводности;

·          разделительные швы во всех случаях  укладываются в дверных проёмах.

Наличие разделительных швов между соседними греющими плитами тёплого пола следует учитывать при формировании узора напольного покрытия из керамической либо каменной плитки. Разделительный шов должен в максимальной степени совпадать с межплиточным швом. Кроме того в зоне контакта пространство между декоративными элементами должно быть заполнено эластичным материалом. Игнорирование данных правил зачастую приводит к нарушению целостности плиточного покрытия в ходе эксплуатации системы.  

О «пироге» теплого пола

Как было сказано выше, в основание панели водяного тёплого пола необходимо укладывать слой теплоизоляции. Зачастую это плита из пенополистирола. Толщина теплоизоляции подбирается исходя из теплотехнических расчётов, но на практике в Витебской области при укладке на грунт как правило применяется 7-10 см слой пенополистирола плотности 25 или 35 кг/куб.м. В случае монтажа теплого пола поверх черновой стяжки либо на межэтажном перекрытии допустима толщина пенополистирола в 5-7 см. Применение экструдированного пенополистирола с более высокими эксплуатационными характеристиками позволяет уменьшить толщину теплоизоляционных плит на 2-3 см. Повторюсь, все эти цифры очень индивидуальны и зависят от массы факторов.

Монтируя теплый пол на грунте или даже поверх черновой стяжки на участке с высокими грунтовыми водами, следует защитить теплоизоляционную плиту слоем гидроизоляции. Это особенно важно в случае применения дешевого пенополистирола (пенопласта), не отличающегося высоким качеством. Широко и оживлённо дискутируемый вопрос по поводу того, стоит ли применять плёнку с металлизированным слоем для укладки поверх слоя теплоизоляции, на мой взгляд имеет один правильный ответ: «Если положить, то хуже не будет». При всей спорной эффективности отражающего слоя, разметка на плёнке помогает ускорить монтаж трубопроводов, а сам плёночный слой предотвращает затекание цементно-песчаной смеси в пазы между теплоизоляционными плитами.

Трубопроводы контуров тёплого пола крепятся к пенополистирольной плите с помощью специальных скоб (шпилек, якорей).  Частота крепления составляет 1 шильку на 30-50 см трубы в зависимости от прочностных качеств теплоизоляции. Встречающееся на практике  крепление трубы к металлической сетке допустимо, хотя следует отметить, что широко распространённая схема «труба поверх сетки» является абсолютно бессмысленной.  Цель применения армирования в таком случае не достижима, поскольку сетка способна упрочнять греющую плиту только находясь в её толще. Профессионалы в массе своей вообще считают излишним применение армирующей металлической сетки в монтаже теплых полов жилых помещений. Но если уж заказчику без армирования никак, то сетку следует крепить поверх трубы, уложенной на теплоизоляционные плиты.

Более простым, дешевым и эффективным способом упрочнения греющих плит, ускорения и облегчения  заливки стяжек теплых полов является использование химических пластификаторов для цементно-песчаных смесей. На рынке Витебска и области наиболее широко представлен пластификатор марки С-3. В целом эта добавка соответствует предъявляемым к ней требованиям, однако получить какую-то гарантию подлиности можно только приобретая продукцию известных производителей вроде «Стахема-М» или «Фрэймхаустрэйд» в специализированных магазинах либо у оптовиков. Покупателям, желающим приобрести пластификатор с оптимальным соотношением «цена/качество» рекомедую остановить свой выбор на марке «Betokan» и «Betokan+» производства компании KAN(Белосток, Польша). При изготовлении растворов на базе цемента этот модификатор упрощает работу со смесью и улучшает свойства готового изделия:

·          повышает финишную прочность ;

·          улучшает гидрофобность стяжки;

·          снижает количество воды, необходимой для затворения смеси;

·          повышает пластичность цементно-песчаной смеси;

·          уменьшает усадку плиты;

·          повышает теплопроводность стяжки;

·          снижает коррозию стальных элементов конструкции.

Применение добавки «Betokan+» позволяет уменьшить общую толщину стяжки до 45 мм (от теплоизоляции) против стандартной толщины в 65 мм. Средний расход пластификатора в этом случае составляет 30-35 литров на 1 куб.м цементно-песчаного раствора. Состав раствора в расчёте на 50 кг цемента: «Betokan+» - 5 литров, вода – 8-10 литров, песок – 225 кг.

Время затвердевания цементно-песчаной стяжки составляет 21-28 дней. По истечении этого срока можно приступать к поэтапному запуску внутрипольного отопления. В течение 3 дней стяжка прогревается при температуре теплоносителя не более +20 градусов, а затем при температуре +50-55 градусов в течение 4 дней. Если предполагается укладка наполного покрытия, требовательного к влажности (паркет, натуральная доска) следует проводить прогрев плит теплого пола с ежедневным повышением температуры теплоносителя на 5-10 (в зависимости от сезона) градусов до достижения +55 градусов. В этом режиме система должна находиться до достижения греющими плитами требуемой влажности.

Об устройствах регулирования и автоматизации

Устройство, осуществляющее распределение теплоносителя, поступившего от источника тепла, по контурам теплого пола, а также  регулирующее интенсивность потоков, называется распределителем либо в просторечьи гребёнкой. Распределитель состоит из подающего и обратного коллекторов, каждый из которых оснащён гнёздами для подключения трубопроводов контуров. Обратный коллектор может оснащаться измерительно-регулировочными вентилями (расходомерами, топметрами), позволяющими отбаллансировать гидравлику системы при наличии в теплом полу контуров разной длины и соответственно с разными гидравлическими характеристиками. Подающий коллектор может оснащаться запорными вентилями, позволяющими подключать автоматизированные сервоприводы, регулирующие температуру теплоносителя в контурах теплого пола. Как правило распределитель оснащается автоматическими спускниками воздуха, системами для заполнения и слива системы, комплектом запорной арматуры.

Так как при эксплуатации водяных теплых полов температура подаваемого теплоносителя лимитирована +55 градусами, во многих случаях возникает необходимость понижения температуры теплоносителя, подаваемого от источника тепла. Эта задача реализуется посредством смесительного узла, понижающего температуру теплоносителя, поступающего в теплый пол подмешиванием в него более холодного теплоносителя из обратной линии. Смесительные узлы различаются как конструктивно и по принципу регулирования, так и по месту их применения. Централизованные узлы смешения как правило являются элементом обвязки котла и располагаются в котельной (топочной). Местные узлы смешения, нашедшие широкое применение в частном домостроении, монтируются непосредственно на распределитель. Примером распределителя, оснащенного насосно-смесительным узлом может служить модель серии 77А производства компании KAN(Белосток, Польша).

Кроме насоса и системы смешения узел оборудован термометрами и байпасной линией с перепускным клапаном. Узлы смешения оснащаются как классическими насосами типа GrundfossUPS 25-40 или  Wilo-Star-RS 25/6 так и современными энергосберегающими устройствами со встроенным частотным регулированием и электронным управлением типа GrundfossAlfa или Wilo-Yonos PARA.

В силу своей значительной массы система панельного отопления отличается чрезвычайной инертностью. В связи с этим достижение теплового комфорта  во многом зависит от применяемых систем управления и регулирования. Следует отметить, что в ряде случаев водяные тёплые полы эксплуатируются вместе с радиаторной системой отопления. Очевидно, что данный комплекс проще, быстрее и эффективнее регулируется путём управления именно высокотемпературной системой. Теплые полы в таких случаях, единажды настроив, эксплуатируют без каких-либо регулировок. Совсем иная картина возникает в случае преобладания в системе отопления теплых полов. Разумеется и в этом случае возможно ручное управление, однако как свидетельствует многолетний опыт, достичь приемлемого комфорта таким путём очень сложно.

Автоматическое регулирование позволяет гарантированно достигать требуемых индивидуальных температурных условий в каждом помещении, оснащенном теплыми полами и комнатными терморегуляторами. Алгоритм работы прост. Как только температура в помещении, обогреваемом одним или несколькими контурами теплого пола, достигает установленной на терморегуляторе температуры, терморегулятор разрывает цепь питания одного или нескольких сервоприводов, которые в обесточенном состоянии перекрывают на подающем коллекторе распределителя поступление теплоносителя в соответствующие контура. Греющая плита тёплого пола постепенно остывает, и вместе с нею понижается температура в помещении. Как только температура воздуха понизится на 1-1,5 градуса, комнатный терморегулятор замкнёт электрическую цепь и процесс пойдёт в обратном направлении. Сервоприводы, связанные с терморегулятором, откроют соответствующие вентили на подающем коллекторе распределителя, и свежая порция горячего теплоносителя поступит в контура греющей плиты. Плита разогреется и вместе с нею начнёт расти температура воздуха в помещении. Затем цикл повторяется.