"Теплый пол". Физико-технические условия

Проектирование "теплого пола" – задача для специалистов высокой квалификации: слишком много деталей надо учитывать – от российских климатических особенностей до ключевых различий нормативных документов. Разберемся…

Напольное отопление известно в мире уже более 2 тыс. лет: древние римляне отапливали свои помещения дымом из топки через дымоходы под полами здания. В 30-х годах прошлого века в напольном отоплении стали использовать стальные трубы, позднее – медные. Их общий недостаток – в условиях длительной эксплуатации они не выдерживали давления бетонной плиты.

 

 

На смену металлическим пришли трубы из полимеров.

Исследования показали, что человек чувствует себя комфортно, когда ногам немного теплее, чем голове. При этом температура над поверхностью пола должна быть на уровне 22–25 °С, а температура воздуха на уровне головы – 19–20 °С.

Как видно из приведенных графиков, в сравнении с другими видами отопления напольное в большей мере способствует поддержанию комфортного (или близкого к нему) температурного режима.

В этом случае вся поверхность пола является низкотемпературным радиатором, который обеспечивает равномерное горизонтальное распределение тепла по всему помещению. Системы радиаторного, конвекторного, воздушного и потолочного отопления не распределяют равномерно тепло у поверхности пола, а потолочная и воздушная к тому же перегревают воздух на уровне головы. Неравномерное распределение температуры в помещении служит причиной дискомфорта для человека.

Учитывая также, что напольное отопление – низкотемпературная система, в которой температура носителя тепла не превышает 45 °С, этот факт способствует снижению затрат на энергоносители минимум на 8–15%. Долговечность и эластичность полимерных труб также сводят к минимуму эксплуатационные расходы.

Разместим в условном помещении (с температурой внутреннего воздуха 24 °С и при идеальных условиях) три разных напольных покрытия: ковролин, линолеум и керамическую плитку. Какой пол будет холоднее, а какой теплее? Верно, ступая с одного покрытия на другое, наши ноги будут чувствовать температурную разницу: поверхность коврового покрытия будет ощущаться как самая "теплая", линолеум несколько "холоднее" и керамическая плитка – самая "холодная". Но все это не более, чем субъективная реакция человека: во всех трех случаях температура напольных покрытий будет одинаковой – 24 °С, как и температура воздуха в помещении.

Характеристики "холодный" и "теплый" пол – это время усвоения тепла подошвы ноги конструкцией пола. У материалов существует такая характеристика, как коэффициент теплоусвоения. Например, коэффициент теплоусвоения у керамической плитки в четыре раза выше, чем у ковролина и паркета, у линолеума его значение находится примерно посередине между плиткой и ковролином. Соответственно, наступая на то или иное покрытие, человек ощущает разницу времени, за которое пол "забирает" тепло с его подошвы.

Температура подошвы человека 34–35 °С. Чем больше разница температур пола и подошвы человека, чем выше коэффициент теплоусвоения у напольного покрытия, тем за меньшее время оно забирает у человека тепло.

Главная задача напольного отопления, которое справедливо называют также и "теплым полом", – увеличить дистанцию во времени усвоения тепла с подошвы ноги человека.

Невозможно рассматривать устройство "теплого пола", не задумываясь изначально, из какого материала будет выполнено конечное напольное покрытие в вашем помещении. От этого напрямую зависит, добьетесь ли вы желаемого эффекта в помещении с помощью "теплого пола".

Оптимальная температура поверхности пола для жилых и офисных помещений – 26–29 °С, для ванной комнаты и бассейнов – 31–33 °С, для приграничной зоны пола, прилегающей к внешней стене здания, санитарные нормы РФ допускают температуру 33–35 °С (первое значение соответствует санитарным нормам РФ, второе – европейским санитарным нормам), поскольку здесь происходит наибольшее охлаждение пола (для этого подающую часть трубопровода прокладывают по периметру вдоль внешней стены/стен).

Стоит ли в качестве напольного покрытия "теплого пола" использовать паркет? Чтобы нагреть поверхность паркета до 27 °С, поверхность пола под паркетной доской должна иметь температуру 32 °С. При этих температурных условиях происходит разложение клеевой составляющей и паркетного лака, процесс начинается уже при 24–27 °С (зависит от фирмы – производителя клея и лака). В таком случае заказчику придется дышать парами ацетона и другими вредными летучими примесями, входящими в состав лака. Нет необходимости объяснять, что это вредно для организма.

Значит, если заказчик все-таки настаивает на паркетном покрытии "теплого пола", то его температура должна быть не выше 24 °С. В этом случае при температурном режиме в помещении 20 °С теплосъем с паркетного "теплого пола" составит всего 20 Вт/м2. Это значение очень мало в сопоставлении с произведенными тратами на оборудование "теплого пола", обогревающий эффект которого будет почти незаметен.

На этом трудности использования паркета не заканчиваются. Существует два варианта укладки паркета на "теплый пол": при включенной системе отопления и при выключенной.

В первом случае в помещении сохраняется пониженная влажность – в среднем 60%, при отключении системы отопления (на летний период) влажность в помещении увеличивается до 85%. Паркетная доска, уложенная при включенной системе отопления, летом разбухнет и паркет вздуется.

Паркетная доска, уложенная при выключенной системе отопления, в зимний период будет высыхать, и в паркете будут образовываться щели в один, а то и несколько миллиметров. К тому же в помещении с паркетным покрытием не должно быть много мебели, а которая установлена – легкая по весу.

Давление, оказываемое мебелью на паркет, ориентирует в нем влагу в одном направлении, мешая ее равномерному распределению.

Добиться физически стабильного состояния паркета можно. Например, никогда не выключать однажды запущенную систему отопления пола. Другой способ – поддерживать в помещении постоянную влажность, правда, в этом случае помещение придется сделать практически герметичным. Есть и еще один радикальный способ: если заказчик хочет видеть в комнатах паркет, – не устанавливать под ним "теплый пол".

Распределение температуры при использовании разных схем отопления

Как показывает практика, в 99% случаях заказчик отказывается от укладки паркета на "теплый пол".

Какая температура теплоносителя будет наиболее предпочтительной для системы напольного отопления? Зарубежные производители рекомендуют температуру теплоносителя поддерживать не ниже 55 °С как наиболее эффективную для передачи тепла и повышения КПД конструкции "теплого пола". Логика в этом, безусловно, есть, поскольку и горячее водоснабжение (от распределительного коллектора которого часто подключают "пол") работает на этой же температуре.

Обычный цементный раствор марки "300" выдерживает температуру до 45 °С, при повышении температуры стяжка "теплого пола" растрескивается.

Но в России невозможно сделать качественный "теплый пол" (гарантированный срок службы 50 лет) с такой температурой носителя. Чтобы повысить температурную стойкость стяжки, в растворе необходимо применить пластифицирующие добавки (на рынке строительных материалов их много, преимущественно – высокого качества). Но наши монтажники не любят работать с пластификаторами – время застывания раствора сокращается в пять-шесть раз – схватывание наступает через 30–40 минут, и они просто не успеют сделать качественную стяжку из-за отсутствия специального оборудования.

Поэтому практики, у которых за плечами не одна сотня спроектированных и смонтированных конструкций "теплых полов", рекомендуют теплоноситель с рабочей температурой 45 °С, чтобы было возможно использовать для стяжки обычный цементный раствор без пластификаторов.Мнение наших практиков постепенно подтверждают и современные западноевропейские строительные нормы – они рекомендуют горячее водоснабжение переводить на теплоноситель с температурой 45 °С.

Почему принято рассматривать подключение "теплого пола" от коллектора горячего водоснабжения? Ответ прост – горячая вода присутствует в зданиях как минимум 350 дней в году, в то время как отопление – не многим более 200.

К тому же температура теплоносителя в системе отопления никак не меньше 70 °С, это означает, что ее пришлось бы снижать на подводе к "теплому полу".

Один из вопросов, который часто задает заказчик, – можно ли только с помощью "теплого пола" сделать отопление в помещении? Практики с солидным опытом дают однозначный ответ: отопление только "теплым полом" в России теоретически сделать можно, практически нецелесообразно. И вот почему.

В наших зданиях из-за условий холодного климата очень большие теплопотери, и это несмотря на новые строительные нормы по защите строительных конструкций. Настоящей проблемой здесь являются окна – именно через них уходит значительное количество тепла.

Потери тепла происходят не только через стеклопакеты. С одной стороны, практически все производители столярных изделий для окон (деревянные окна по-прежнему составляют большую часть "оконного парка" наших зданий) в один голос утверждают, что сопротивление воздухопроницаемости столярных рам равно шести, как и предписано нормами. С другой стороны, реальные замеры показывают, что это сопротивление не выше трех. Таким образом, процесс инфильтрации помещений идет непрерывно, и предприятия-производители это признают.

В нашей стране сильные напоры ветра. Стандартный оконный профиль не выдерживает такого давления и изгибается. Следовательно, необходимо устанавливать окна из усиленного профиля с обязательным тройным уплотнением, которое будет препятствовать потере тепла невозможностью образования сквозных щелей во время регламентированных нормами прогибов профиля.

Поэтому в России специалисты рекомендуют строить здания с комбинированными системами отопления: "теплый пол" в сочетании с классической отопительной системой.

Напольное отопление является инерционной системой – медленно выходит на рабочий температурный режим и также медленно останавливается. Практика эксплуатации показывает, что регулирование температурного режима в помещении с помощью напольного отопления осуществлять нежелательно. Идеальные условия эксплуатации "теплого пола" – единожды (на практике – один раз в сезон) запущенный рабочий режим с температурой теплоносителя 45 °С. При таком режиме пол один раз проходит тепловое расширение и останавливается. Если температура носителя будет подвергаться периодической корректировке, пол все время будет находиться в движении – расширение будет сменяться сжатием, что непременно приведет его к преждевременному износу.

Повышение или понижение температуры в помещении регулируют с помощью отопительных приборов классической системы.

В средней полосе России температурная составляющая на улице выше 0 °С равна примерно 30% времени отопительного сезона, в северных областях – 20%.

Как распределить отопительные нагрузки между радиаторами и полом? Ответ на этот вопрос был найден только практическим путем: на территориях России, которые находятся южнее условной линии, проведенной на карте через города Брянск, Липецк и Саратов, 40% отопительной нагрузки отдается на пол, 60% – на радиаторы отопления. В средней полосе – до линии городов Санкт-Петербург–Пермь, на пол – 30% нагрузки, на радиаторы отопления – 70%. На территориях севернее этой линии соотношение нагрузок 20% /80%.

Чем обоснованны такие пропорции? Точкой излома температурного графика и продолжительностью отопительного периода. Например, отопительный период в южных областях России – 180 дней, из них примерно 40% времени температурная составляющая на улице выше 0 °С. Это означает, что в течение времени, когда температура на улице выше 0 °С, возможно отключить классическую систему отопления и отапливать помещения только с помощью "теплого пола".

Учитывая, что классическая система отопления отключена, но "теплый пол" работает в стабильном температурном режиме, а на улице температура выше 0 °С, не возникнет ли в таком случае перегрева помещения? Рассмотрим пример.

Исходная температура на поверхности пола – 27 °С, температура внутри помещения – 20 °С, равна 7 °С, теплосъем с пола в этом случае составит 80 Вт с 1м2. Выглянуло солнце и нагрело воздух в помещении до 22 °С, равна 5 °С. Теплосъем с пола теперь снизился и составляет 60 Вт с 1м2. "Теплый пол" – саморегулирующаяся тепловая система, но из-за того, что она обладает большой инерционностью, система не успевает реагировать на значительные изменения температуры. Поэтому, когда столбик термометра стремительно опускается, требуется включать классическую систему отопления.

И хотя в проектировании и строительстве напольного отопления следует руководствоваться требованиями всех четырех перечисленных документов, следует знать, что первые два – СНиП 41-01-2003 и СНиП 41-02-2003 – содержат фактически обосно- ванные требования к устройству описываемых систем. Но юридического согласования в Министерстве юстиции РФ эти СниПы еще не прошли. Тонкость в том, что при рассмотрении каких-либо спорных вопросов между участниками строительства в суде юридическую силу будут иметь старые документы – СНиП 2.04.05-91 и СНиП 2.04.07-86* в редакции 2003 года. Эта тема будет продолжена в следующем номере.

Подготовил Роман МУРАШОВ

НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

1. СНиП 41-01-2003 – "Отопление, вентиляция и кондиционирование". Приняты и введены в действие с 1 января 2004 г. постановлением Госстроя России от 26 июня 2003 г. No 115 взамен СНиП 2.04.05-91.
2. СНиП 41-02-2003 – "Тепловые сети". Приняты и введены в действие с 1 сентября 2003 г. постановлением Госстроя России от 24 июня 2003 г. No 110 взамен СНиП 2.04.07-86*.
3. СНиП 41-03-2003 – "Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов". Приняты и введены в действие с 1 ноября 2003 г. постановлением Госстроя России от 26 июня 2003 г. No 114 взамен СНиП 2.04.14-88.
4. СП 41-102-98 – Свод правил "Проектирование и монтаж трубопроводов систем отопления с использованием металлополимерных труб".

Источник: Строительная инженерия