Конструкция и принцип действия водяных теплых полов

Статья взята с сайта компании Форстерм,
осуществляющей монтаж теплых полов.

Принцип действия и преимущества

Системы отопления полом бурно развиваются в последние годы и смогли завоевать всеобщее признание как идеальные системы отопления. Комфортно отапливаемое рабочее или жилое помещение является основным условием для хорошего самочувствия. В помещении, отапливаемом традиционными системами, температура воздуха у потолка выше чем на уровне пола. Данное распределение температуры не соответствуют физиологическим требованиям человека и создает неблагоприятное состояние комфорта.

Система теплого пола позволяет поддерживать перепад температуры воздуха от пола до потолка близким к идеальному.

Никакой другой тип отопления, кроме отопления полом, не в состоянии обеспечить столь высокий уровень комфорта, эстетики с практически неограниченный сроком службы и экономией энергии (по сравнению с радиаторными или конвекторными системами, позволяет экономить от 25% до 40% эксплуатационных расходов).

Теплый пол выигрывает у других видов обогрева и в вопросах здоровья и гигиены.
В случае отопления полом теплообмен идет преимущественно путем пассивного излучения тепла, что практически исключает циркуляцию и аккумуляцию пыли, характерную для систем с мощными конвекционными потоками (в частности, отопление радиаторами и конвекторами). Кроме того, подогрев поверхности пола уничтожает питательную среду для бактерий и пылевых клещей.

Особое значение это имеет в помещениях с высокими требованиями к чистоте (медицина, пищевая промышленность, особо чистые производства и т.д.).

Еще одним аргументом в пользу теплого пола является его безопасность. Ваш ребенок никогда не получит неприятностей (ушибов, царапин, ожогов), что может случиться при касании о радиатор, или конвектор.

Низкая температура теплоносителя - принципиальное отличие системы напольного отопления от традиционных радиаторных систем. Напольное отопление позволяет получить тепловой поток 40 - 150 Вт с одного квадратного метра площади, при температуре теплоносителя всего 30-50o C. СНиП 2.04.05-91* ограничивает максимальную среднюю температуру теплоносителя 55o С . Тот же норматив определяет максимальные допустимые значения для температуры поверхности пола:

• для областей постоянного пребывания людей в жилых либо служебных помещениях: t=26^oС [п]помещения с влажным режимом: tp=28-30^o C
• детские сады: tp=24^o C [п]для участков, прилегающих к внешним стенам: tp=35^o C.

В хорошо утепленном доме с качественным остеклением, теплый пол часто способен полностью покрыть теплопотери. Но на лестницах, в тамбурах и других местах, где невозможно его установить или его мощности недостаточно, применение радиаторов или конвекторов неизбежно.

Регулирующие оборудование

Как правило, котельная установка подает в систему отопления теплоноситель температурой 70–90^oС . Он расходуется на вентиляцию, горячее водоснабжение, радиаторное отопление, нагрев бассейна и т.д. Теплый пол – это низкотемпературный вид отопления, и поэтому необходимо понизить температуру теплоносителя до температуры 35-45^oС и стабильно поддерживать ее.

Схема такого узла на основе оборудования Caleffi приведена ниже.

Насос осуществляет постоянную циркуляцию теплоносителя в контуре теплого пола. По мере остывания теплого пола, зоновый клапан «подпитывает» теплый пол горячей водой, поддерживая температуру, установленную на термостате.

Электротепловой привод, управляющий зоновым клапаном, представляет собой соленоид с восковым наполнителем. Он очень плавно открывает подмес, что позволяет избегать скачков температуры теплоносителя теплого пола .

Перепускной клапан, настроенный на производительность насоса, защищает насос от перегрузок при перекрывании контуров теплого пола.

Узел подмеса может быть установлен как в помещении котельной непосредственно на распределительной гребенке, так и компактно в коллекторном шкафу.

Первый вариант удобен и экономически выгоден, когда несколько распределительных шкафов с одинаковыми требованиями к теплоносителю расположены по одной вертикальной оси и недалеко от котельной. Второй предпочтителен, когда теплые полы или расположены в разных частях здания, или используют разную температуру воды, и их целесообразней подключать к ближайшим отопительным стоякам.

Коллекторный шкаф служит для эффективного распределения теплоносителя по отопительным контурам.

Шкаф может состоять из распределительных коллекторов Caleffi с

• термостатическими регуляторами
  
• регуляторами расхода
  
• запорными вентилями

Термостатические регуляторы позволяют регулировать температуру в каждом контуре теплого пола. С помощью управляющих устройств (термостатических головок или электротепловых приводов) в комплекте с датчиками температуры, теплый пол способен чутко реагировать на изменение различных внешних факторов (температура на улице, открытое окно, работа других отопительных приборов и т.д.) и поддерживать заданную комфортную температуру в каждом отдельном помещении (или в разных частях помещения). Причем т/с регуляторы Caleffi работают как в автоматическом, так и в ручном режиме.

Регуляторы расхода становятся незаменимыми, когда контуры имеют большую разницу в длине труб. Понятно, что если в длинную и короткую трубу подать одинаковое количество теплоносителя, то на выходе вода в длинном контуре, отдав тепло полу, будет значительно холоднее, чем в коротком. Главным образом, это отражается на качестве обогрева, так как пол становится «полосатым», с более и менее теплыми участками. Регуляторы расхода позволяют отбалансировать подачу теплоносителя в контура так, чтобы распределение температуры по поверхности пола было абсолютно равномерным.
Если применяется система нерегулируемых теплых полов с постоянной температурой теплоносителя, и длина труб в контурах примерно одинакова, то достаточно использовать коллектора с запорными вентилями.

Кроме того, коллекторные шкафы необходимо укомплектовать, автоматическими воздухоудалителями, сливными кранами, кронштейнами. При необходимости -расходомерами и электротепловыми приводами.

Схема греющего «пирога»

Современная система теплых полов предполагает наличие нескольких слоистых структур.

Общая толщина «пирога» колеблется от 70 мм до 150 мм. Причем она, как правило, определяется не желанием пользователя, а требованиями к теплоизоляции, диаметру трубы, толщине стяжки, которые, в свою очередь, зависят от теплоизоляционных свойств перекрытия, мощности теплых полов, материала облицовки и т.д.

Наиболее часто пол «поднимается» на 100-120 мм.

Подготовка основания

Перекрытие должно быть выровнено под требования СНиП - допуск неровности по площади, занимаемой одним змеевиком не должен превышать ±5 мм. Допускаются неровности и выступы не более 10 мм. В противном случае необходимо произвести выравнивание «чернового» пола с помощью дополнительной выравнивающей стяжки. При нарушении данного требования происходит завоздушивание труб и может возникнуть проблема не только с запуском системы теплого пола но и с его последующей работой. Поверхность перекрытия должна быть чистой и ровной. Полы в помещениях, примыкающих непосредственно к грунту, должны иметь надежную гидроизоляцию.

После выравнивания поверхности и примыкающих к нему участков стен необходимо вдоль боковых стен уложить демпферную ленту. для того чтобы исключить образование теплового моста между пластиной и стенами. Она должна быть уложена вдоль всех стен, обрамляющих помещение, стоек, дверных коробок, отводов и т.п. Лента должна выступать над запланированной высотой конструкции пола минимум на 20 мм.

Теплоизоляция

В качестве термоизоляции рекомендуется использовать пенополиуретан плотностью не менее 25 кг/м³ . Толщина изолирующего материала на грунтовом полу или над не отапливаемым помещением должна быть не менее 30 мм, а над теплым помещением - не менее 20 мм.

Использование теплоизоляции позволяет сэкономить до 30–40% эксплуатационных расходов, что особенно чувствительно, если теплый пол основной или единственной вид отопления.

Если невозможно уложить толстые слои теплоизоляции, то в этом случае применяются фольгированные теплоизоляционные материалы толщиной 5 или 10 мм с тепловым сопротивлением не менее 30 кг/м3. Их использование позволяет добиться экономии 12–20%. Важно, что при использовании фольгированных теплоизоляционных материалов, их обязательно надо покрыть полиэтиленом или лавсаном. В противном случае, щелочная среда бетонной стяжки разрушает фольгированный слой в течение 3–5 недель.

Труба

Труба должна соответствовать, по меньшей мере, следующим техническим требованиям:

• Отсутствие кислородной диффузии
  
• 100-процентная герметичность
  
• Коэффициент линейного расширения меньше либо равен 0,025 мм/мС
  
• Показатель теплопроводности = 0,43 Вт/мС
  
• Возможность изгибания вручную
  
• Иметь достаточную длину для укладки змеевиков нужной длины без единого стыка
  
• Срок службы при данных условиях эксплуатации должен быть соизмерим с соком службы внутренних конструкций здания.

Для этих целей как нельзя лучше подходят металлополимерные и полимерные трубы.

Металлополимерные и полимерные трубы обладают высокой прочностью, устойчивы к термическому старению, пластичны и гибки. Таким трубам не страшна коррозия, трещины или сужение внутреннего диаметра за счет отложений.

Раскладка труб осуществляется с определенным шагом и в нужной конфигурации (спиралью, зигзагом, 'улиткой', и т.д.).

При спиралевидной укладке, трубы с противоположными направлениями потоков чередуются, причем наиболее горячий участок трубы соседствует с наиболее холодным. Возникающее при этом термическое взаимодействие приводит к равномерному распределению температуры и равномерной передаче тепловой мощности. Спиралевидная укладка не может быть применена в зонах, имеющих линейный уклон.

При зигзагообразной укладке горячий теплоноситель поступает в змеевик, как правило, у внешней стены помещения и непрерывно охлаждается при протекании по трубам. Поэтому в месте поступления теплоносителя (начале змеевика) достигается большая температура поверхности и, как следствие, большая теплоотдача. Далее вглубь помещения вследствие охлаждения теплоносителя уменьшается температура поверхности пола . Для достижения достаточной температурной равномерности, требуется повысить скорость теплоносителя в змеевике, следовательно, необходимо применить циркуляционный насос большей производительности, чем при аналогичном нагревателе со спиралевидными змеевиками.

Не существует иных ограничений ( кроме наличия уклонов поверхности ) на использование различных типов укладки и их комбинаций. Однако в большинстве случаев спиралевидная укладка является более предпочтительной ввиду более равномерного прогрева пола и использования менее мощного насоса.

При больших нагреваемых площадях применяется также комбинированное сочетание схем укладки труб.

Так же необходимо учесть, что недопустимо укладывать контур, если он пересекает стык перекрытий. В этом случае один контур надо разделить на два. А любая труба, пересекающая стык, должна быть уложена в металлическую гильзу длиной 30 см.

Трубы крепятся к теплоизоляции якорными скобами через 0.3 - 0.5 м.

Стяжка

До стяжки рекомендуется разложить на трубах сетку с толщиной проволоки 3 мм или больше и размером ячейки 100x100 мм. с целью армирования бетона. Армирование цементной стяжки не является обязательным, но желательно. Посредством армирования нельзя замедлить процесс образования трещин и деформаций, но можно предотвратить распространение возникших трещин.
Армирование должно быть прервано в районе разделительных швов.

Разделительные швы необходимо применять, если длина бетонной плиты превышает 8 м, минимальная ширина шва должна составлять 5 мм.

В соответствии с требованиями DIN 4725 часть 4 контуры полового отопления до начала заливки стяжки должны быть испытаны водяным давлением.

Герметичность должна быть гарантирована как до, так и во время укладки стяжки. В момент заливки стяжки и во время ее становления система теплого пола должна находиться под давлением.

Обычный состав бетона не совсем подходит в качестве стяжки для теплых полов. Поэтому для улучшения его механических и физических свойств необходимо применять специальную присадку, пластификатор.

Средний расход пластификатора на 1м² отапливаемого пола составляет 0.16 литра. Состав раствора при этом может быть следующим:

• песок - 200 кг
  
• цемент М400-100 кг
  
• вода - 20 л
  
• пластификатор - 500 г.

Толщина стяжки не может быть менее 3 см, прежде всего исходя из ее прочности и требований СНиП. Время полного затвердевания стяжки (опять же по требованию СНиП) не менее 28 суток. Недопустимо ускорять затвердевание стяжки, включая теплый пол.

Пуск теплого пола

Основная задача при запуске системы - удаление из нее воздуха. При отключенных насосах система заполняется до давления, на 15% превышающего статическое давление системы. Поддерживая подпиткой этот уровень давления, стравливают воздух из воздухоотводчиков. Только после этого включают насосы на малой скорости. Затем вручную клапанами перекрывают все ветви, оставляя открытой одну, и добиваются ее полного обезвоздушивания. Таким образом «продавливают» каждую из ветвей. Эту операцию необходимо проделывать несколько раз в течение нескольких дней ввиду того, что невозможно выгнать воздух из достаточно длинных змеевиков сразу.

После этого повышают температуру в системе до максимальной (85 ^oС) и поднимают давление до уровня срабатывания аварийного клапана, выдерживают в течение 30 мин., после чего производят контроль герметичности соединений. Затем давление уменьшают до минимума и производят контрольную протяжку всех резьбовых фитингов. Рекомендуется повторить этот цикл дважды, второй раз - при комнатной температуре теплоносителя.

Напольные покрытия

• В качестве покрытий для теплых полов могут использоваться как пластины из натурального камня и керамические плитки, так и текстильные (толщиной не более 10 мм) и эластичные покрытия. Также возможно использование паркета. Применение паркета в помещениях с отоплением полом требует соблюдения нормы влажности паркета на момент укладки, не менее 4%.
  
• Следует обращать внимание на то, чтобы применяемые материалы, особенно текстильные покрытия, были оценены производителем как подходящие для подобных систем и имели соответствующие обозначения. Половое покрытие является дополнительным слоем, влияющим на теплопередачу, поэтому необходимо проследить, чтобы величина теплового сопротивления материала не превышала допустимого значения 0,15 m²с/Вт.
  
• Применение данного конкретного материала обязательно должно быть согласовано во время проектирования.
  
• Текстильные половые покрытия, линолеумы, покрытия из дерева в форме паркетной доски либо паркетных пластин должны быть приклеены по всей площади подходящим термоустойчивым клеем. В частности, это исключит появление воздушных прослоек и даст гарантию полной теплоотдачи теплого пола.