Как правильно сделать водяное отопление пола

Такой способ обогрева помещений, как водяное отопление пола, давно и прочно обосновался в нашей жизни среди прочих методов, при этом завоевав немалую популярность. Его суть в том, чтобы теплоноситель прогревал всю площадь напольного покрытия, тем самым обеспечивая комфортную температуру в комнате.

Существует и другая разновидность этого способа обогрева – электрические теплые полы, хотя встречаются они реже. Причина проста: нагреть воду можно разными методами с помощью различных теплоносителей, а вот при электроподогреве такого выбора нет, а в случае отключения электроэнергии исчезнет и тепло в доме. В любом случае электрическая и водяная системы отопления пола на сегодняшний день не теряют своей актуальности.

Напольное отопление: достоинства и недостатки

Наверняка никто не станет спорить с тем, что система отопления теплыми полами – наилучшая из всех существующих. Если для сравнения взять традиционную радиаторную систему и воздушный обогрев дома, то прогревание полов имеет перед ними преимущества:

1. Экономичность. Температура теплоносителя в контурах редко достигает 50—55 ºС, в то время как в других системах она бывает и 95 ºС. Соответственно, нагрев воды до 50 ºС потребует меньших затрат.
2. Комфорт. В холодное время года для человека нет ничего приятнее, чем ощущение тепла в ногах.
3. Равномерное распределение теплового потока по всему помещению.
4. Каждая система водяного отопления пола – инерционна. После длительного «разгона» нагретые водяными контурами стяжки отдают тепло медленно и долго после того, как отключится источник энергии.
5. Долговечная эксплуатация. Результатом правильно выполненных работ из материалов высокого качества будет работа системы до 50 лет.

Устроить греющие контуры можно в любом месте жилища, даже водяной подогрев пола на балконе.

Распределение воздушных масс в комнате по температуре при использовании различных способов обогрева.

При всех достоинствах отопление дома теплыми полами имеет некоторые недостатки, заслуживающие внимания. Например, бытует ошибочное мнение, что устройство подобного обогрева полностью избавит вас от радиаторов. В некоторых случаях это действительно возможно, но далеко не всегда.

Дело в том, что для обогрева помещения необходимо, чтобы каждый м2 площади пола выделял ориентировочно 100 Вт тепловой энергии. Если дом отлично утеплен, то для такого тепловыделения температура поверхности должна составлять не менее 35 ºС, в остальных случаях – 40 ºС и выше. Ниже на графике отражена статистика, какая доля людей и каким образом реагирует на увеличение температуры поверхности пола.

Как видно из графика, зона комфорта для большинства людей лежит в пределах температур от 20 до 30 ºС. Когда же водяное отопление в полу разогревает его по всей площади до температуры 35 ºС и выше, то как минимум 60% людей ощущают дискомфорт.

Для справки. Нормативная документация, регламентирующая санитарно-гигиенические нормы в зданиях различного назначения (СНиП 41–01-2003 «Отопление и вентиляция», п.6.5.12), четко предписывает, что температура поверхности в комнатах с постоянным пребыванием людей не может превышать 26 ºС, а с временным пребыванием – 31 ºС.

Из вышесказанного вывод следующий: если отопление под полом из труб нагреет его плоскость до температуры 26 ºС, то теплоотдача не достигнет 100 Вт/м2. Тогда тепловой мощности системы не хватит и все равно придется поставить дополнительно небольшие радиаторы.

Второй существенный недостаток, проистекающий из конструктивных особенностей системы и трудозатрат на их реализацию, – это достаточно высокая цена на теплый пол с водяным отоплением. Помимо греющих контуров понадобится оборудование и арматура для регулирования теплоносителя и его перекачки по трубопроводам этих контуров.

Совет. Чтобы не заниматься дополнительной прокладкой веток для приборов водяного отопления, стоит рассмотреть другие источники тепла, например, местные приточные установки с подогревом воздуха, длинноволновые инфракрасные излучатели, электрические или газовые конвекторы.

Как выполняется расчет мощности теплого пола

Поскольку отопление пола в частном доме или квартире – вещь дорогостоящая, к его устройству следует подойти со всей серьезностью. Если при наличии определенных навыков строительно-монтажные работы вы сможете выполнить своими руками, то для разработки схемы и тщательного просчета рекомендуется обратиться к специалистам в данной области. Они же помогут произвести пусконаладочные работы в соответствии с расчетами.

В том случае, если у вас есть желание и время разобраться во всем самостоятельно, то в первую очередь следует знать, что расчет мощности теплого пола начинается с подбора диаметра трубы для греющих контуров, затем требуется найти шаг ее укладки и определить количество этих контуров. На этот момент все расчеты необходимой мощности системы отопления должны быть произведены и получены значения тепловой мощности для каждой комнаты здания.

Например, значение площади пола из керамической плитки равно 10 м2, а необходимой мощности – 981 Вт. Тогда необходимый тепловой поток составит 98,1 Вт/м2, по этому значению надо выяснить температуру поверхности, что обеспечит водяной обогрев пола под плитку. Это можно сделать с помощью номограммы.

Видно, что значению теплоотдачи 100 Вт/м2 соответствует температура 28,8 ºС. В нашем случае это недопустимо, поскольку в помещении постоянно пребывают люди, значит, нужно 26 ºС. Этой величине соответствует теплоотдача 68 Вт/м2, а оставшиеся 100 – 68 = 32 Вт/м2 придется подавать в комнату другими способами. Как пользоваться номограммой, показано ниже.

В данном примере подходящий шаг укладки труб греющего контура – 0.3 м, по нему средняя расчетная разность температур – 19,5 ºС, что соответствует температурному графику теплоносителя – 45 / 35 ºС. Остается выяснить длину трубы, для нормальной работы системы ее длина не может превышать 100 м. Формула проста.

Длина трубы = площадь помещения / шаг укладки трубы.

Если значение превышает 100 м, то площадь надо поделить на 2 части и рассчитать два греющих контура, иначе гидравлическое сопротивление будет слишком большим, а передача тепла – неравномерной. Теплоотдача поверхности зависит от типов напольного покрытия, поэтому ниже для удобства показаны номограммы, что помогут рассчитать полы с подогревом под ламинат и линолеум.

Примечание. Развернутый расчет мощности теплых полов в понятном ключе изложен в книге В. В. Покотилова «Системы водяного отопления».

Рекомендации по устройству теплого пола

Сразу сделаем оговорку, что технология устройства водяных полов для отопления различается в таких случаях:

• работы выполняются от самого уровня земли, от слоя грунта;
• монтаж происходит от подвального перекрытия или черновой бетонной стяжки;
• водяной пол в квартире или на 2—3 этаже частного дома.

Различия будут освещены в процессе рассмотрения технологии производства работ. Когда устройство начинается от грунта, то следует его уплотнить и выполнить черновую бетонную стяжку по всем правилам. В идеале стяжка должна набирать прочность в течении трех недель, но так как во время монтажа нагрузки будут значительно ниже расчетных, можно подождать 3-5 дней, после чего сверху нужно сделать гидроизоляционную прокладку. Результатом должна стать ровная поверхность без перепадов и прочих грубых неровностей.

Далее, монтаж водяного отопления в частном доме или квартире будет описан по технологии компании AQUATHERM, являющейся одним из лидеров на рынке систем напольного обогрева. Общая схема «пирога» представлена ниже.

Устройство водяного отопления внутри пола

Вначале по всему периметру стены оклеиваются эластичной демпферной полосой, она дает возможность будущим плитам нагрева расширяться в пределах 5 мм в каждую сторону. Сверху гидроизоляционной пленки укладывается теплоизоляция, как правило, — пенополистирол высокой плотности. При повышенных противопожарных требованиях к перекрытиям в качестве теплоизоляционного материала следует принимать плиты из базальтового волокна.

Если осуществляется монтаж водяного отопления в частном доме на первом этаже, то толщину слоя утеплителя берут по расчету, но не менее 50 мм. В случае когда работы ведутся в квартире выше первого этажа или на верхних этажах коттеджа, то толщину можно уменьшить до 20—40 мм, поскольку перепад температур между квартирами невелик.

Сверху теплоизоляционного слоя рекомендуется проложить специальную полиэтиленовую пленку с разметкой, по ней удобнее производить раскладку и монтаж труб. Материал раскатывается с нахлестом 80 мм, после чего стыки проклеиваются скотчем.

Если впоследствии в помещении ожидаются повышенные статические или динамические нагрузки на полы (тяжелая мебель, оборудование и так далее), то сверху утеплителя рекомендуется уложить сетки из арматуры диаметром 5 мм, а трубы крепить к ним пластмассовыми хомутами.

Металлопластиковые или другие трубы для теплого пола крепятся к утеплителю специальными пластмассовыми скобами, раскладка выполняется с расчетным шагом по заранее согласованной схеме, которых на выбор есть несколько.

Вырианты раскладки труб

При этом радиусы изгибов труб надо соблюдать такие, чтоб не повредить их конструкцию, для каждого вида трубопроводов эти данные подскажет торговый представитель.

Компания AQUATHERM предлагает для своих систем не металлопластиковые материалы, а трубы из полиэтилена и полибутилена диаметром 14, 16, 17 и 20 мм с минимальным радиусом изгиба 80 мм.

От домашней котельной установки теплоноситель подается к штанговому распределителю, собранному в комплекте с циркуляционным насосом. Этот смесительный узел обеспечивает необходимую температуру и движение теплоносителя во всех нагревательных элементах, от него выполняется разводка теплого пола по комнатам. При необходимости распределитель может регулировать климат в помещениях на основании сигналов комнатных термостатов, в простейшем варианте он поддерживает температуру в подающем трубопроводе с помощью накладного датчика.

Важно! Запрещается центральное водяное отопление квартир подключать к распределителю напольного обогрева. Это разбалансирует весь стояк и в результате холодно будет у всех. Подключение возможно только к индивидуальному котлу.

После надежного закрепления труб и проверки их на герметичность (опрессовки) монтаж теплых полов продолжается устройством песчано-цементной стяжки, чья толщина находится в пределах 100 мм, слой раствора над верхом трубы обеспечивается толщиной 50—55 мм. Стяжка выдерживается до застывания, а во время схватывания в ней устраиваются швы ложные (между контурами одного помещения) и деформационные (на стыках плит разных комнат). В последнюю очередь укладывается покрытие, после этого остаются только пусконаладочные работы и балансировка системы.

Заключение

Теплые водяные полы – удовольствие не из дешевых, на всех этапах работ по их устройству предстоит ответственная работа. Зато результатом будет существенная экономия (до 30%) и высокий уровень комфорта в жилище.

Проектирование и монтаж систем напольного отопления

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.

Определение теплоотдачи

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».

Монтаж и пуск системы

Возможны несколько вариантов укладки «теплого пола»:

1. С применением профилированных панелей (матов) из пенополистирола, с толщиной изоляции 15 или 30 мм. Это самый удобный и быстрый способ, поскольку труба сразу укладывается между выступами на панели и затем заливается сверху слоем бетона. Однако стоимость самих панелей достаточно высока. Думается, она значительно снизится с расширением производства таких панелей в России. Коэффициент термического сопротивления для матов толщиной 30 мм составляет 0,88, а для матов толщиной 15 мм – 0,45 м2⋅К/Вт.
2. Укладка трубы на стальную сетку, размещаемую на слой полистирола. Труба крепится к сетке с помощью клипс. Сверху заливается бетон. Если пол будет подвержен большим механическим нагрузкам, рекомендуется также уложить стальные сетки сверху.
3. Укладка трубы с применением специальных клипс, которые крепят трубу к слою изоляции из полистирола, сверху которого укладывается пленка с нанесенными на ее поверхность линиями, образующими сетку с ячейкой 5 см. Иногда пленка клеится к полистиролу и поставляется как отдельное изделие, обеспечивающее удобство монтажа
4. Укладка трубы с помощью U-образных профилей: пластиковые планки с углублениями для установки труб приклеиваются (крепятся клипсами) к слою изоляции, и по ним прокладывают трубы.
5. При укладке труб в деревянном полу, на лаги прибиваются доски; на них размещают металлические «рассеиватели» тепла, в пазы которых укладываются трубы. Естественно, вначале между лагами укладывается изоляция.

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.

Узлы смешения

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.

Регулирование температуры

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:

1. Температура подаваемой воды изменяется в соответствии с изменением температуры наружного воздуха, например, при использовании системы напольного отопления в качестве основной. При этом, как и в случае радиаторного отопления, достигаются экономия энергии и лучшее регулирование клапанами на коллекторах.
2. Расход воды в контуре уменьшается (или полностью прекращается) при достижении заданного значения температуры воздуха в помещении. Температура подаваемой воды остается постоянной. Регулировка осуществляется с помощью клапанов на коллекторах.
3. Расход воды в контурах уменьшается при увеличении температуры обратной воды до заданного на регуляторе (термостатическом клапане RTL или Multibox-RTL) значения. Такая система используется, как правило, для небольших помещений, например, ванн, туалетов, прихожих и т.п. Ее преимущество заключается в простоте и низкой стоимости.
4. Регулирование расхода воды при помощи датчика, установленного в полу. Этот вариант хорошо подходит для бассейнов, душевых, детских комнат и т.п., когда приоритет отдается комфортной температуре пола.
5. Комбинированные системы, представляющие собой различные сочетания предыдущих вариантов.

В большинстве случаев, особенно при наличии высокотемпературных источников тепла, используют регулирование по температуре воздуха и температуре в «обратке»; температура подаваемой воды при этом – постоянна.

Формулы для расчета

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:

где F – площадь пола, м2; b – шаг укладки трубы, м.

Выбор конфигурации петли

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.

Пример расчета

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;

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 объединитьэти 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.