Эволюция теплых полов. Изобретение водяного теплого пола

Мы уже рассказывали о том, что первые теплые полы появились еще 5 тысяч лет назад. Но речь шла о системах на основе печного отопления с обогревом помещений горячим воздухом и дымом. А как насчет водяных теплых полов? Когда они появились, что сделало их популярными и почему сейчас они не столь актуальны?

Первые мысли об устройстве водяных теплых полов

Конечно, люди всегда понимали, что продукты горения и горячие газы – не самый безопасный способ обогрева дома. Но альтернатив не было, а каменные ниши под основным полом не выпускали горячий воздух и обеспечивали надежный обогрев помещений.

Какими были самые очевидные варианты замены печного обогрева полов? Конечно же, водяной пар и горячая вода – в римских, турецких и русских банях их высоко ценили за безопасность и тепло. Однако «запирать» кипяток под полом было бессмысленно: каменные ниши быстро покрылись бы плесенью, вода начала бы проникать в трещины, приводя к разрушению дома.

Поэтому в банях, в том числе турецких, пар нагнетался в помещениях, а под полом обустраивались классические теплые полы с горячим воздухом, исходящим от натопленных печей. Но сама идея использования горячей воды для обогрева жилых помещений зародилась достаточно давно.

Первые водяные теплые полы

Первыми трубами, которые использовали люди, стали полые растения. Их так и назвали – трубчатые. Стебли таких растений применялись для подвода воды и обустройства водостоков. Но, конечно, они совсем не подходили для обустройства теплых полов: кипяток их быстро размягчал, они покрывались плесенью, да и теплопроводность растительных трубок оставляла желать лучшего. Керамические трубы тоже не оправдали себя в сфере отопления.

Для изобретения водяного теплого пола человечеству долго не хватало необходимых технических знаний. Прежде чем научиться обогревать помещения с помощью горячей воды, требовалось:

· изобрести долговечные и недорогие трубы;

· открыть принципы гидродинамики;

Трубки из меди, которые начали изготавливать еще в медном веке, быстро окислялись и не подходили для создания трубопроводов. В 1465 г. были впервые отлиты чугунные трубы. Но до массового применения теплых полов было еще далеко.

Только в XIX веке, когда были изобретены насосы, теплые полы с водяным или паровым подогревом стали достаточно экономичными и безопасными. Это сделало возможным отопление домов водяными теплыми полами – как частных, так и многоквартирных. При этом люди могли регулировать процесс циркуляции воды и температуру теплоносителя. В некоторых старинных домах водяные теплые полы до сих пор успешно работают. В России одно из таких зданий находится в Приморске. Это кирха, построенная в самом начале XX века.

Прорыв без прорывов

Металлические трубы для теплого пола оставались дорогим удовольствием, к тому же коррозия и механические повреждения делали свое дело. Нередко мокрое. Поэтому теплые полы с металлическими трубами все-таки не стали всеобщим увлечением.

По-настоящему широкая популярность пришла к водяным полам в XX веке вместе с изобретением пластиковых труб. Легкие и прочные трубы небольшого диаметра вознесли водяные теплые полы на пик популярности. В Европе временем расцвета этих систем стали 1980-90-е годы. В России они начали широко использоваться в 1990-е годы.

Но вскоре на смену водяным теплым полам пришли более надежные электрические – кабельные и инфракрасные. Сейчас водяные теплые полы применяются редко: несмотря на использование пластиковых труб, остается риск протечки, установка системы требует строгого технического расчета и имеет множество нюансов.

5 мифов про теплый пол

В то время как в Северной Европе технология теплых полов вытесняет радиаторное отопление, в России и странах СНГ продолжают настороженно к ней относиться. Одни считают, что дешевле расширить секции батарей, чем устанавливать такую сложную конструкцию. Другие полагают, что теплые полы не согреют помещение. А третьи и вовсе считают, что никаких преимуществ у технологии нет.

Разберемся, в какие мифы верят люди, и что из этих мнений правда, а что фантазии.

Миф № 1: Потребляют много электричества

Нагревательные маты теплых полов действительно работают от электричества. Но если сравнить, потребляют они меньше энергии, чем бойлеры, в которых нагревается вода. Если теплый пол будет единственным источником отопления в помещении, тогда потребление составит 180 Вт/м2. Если использовать систему лишь в качестве подогрева — 80 Вт/М2.

Система устроена таким образом, что потребление электроэнергии происходит не постоянно. Это чем-то похоже на утюг: сначала маты нагреваются до определенной температуры, а после кабели перестают «принимать» электричество и отдают в помещение уже накопленное в стяжке тепло. И в отключенном состоянии будут до тех пор, пока температура не упадет ниже выставленных на регуляторе показателей.

Особенности потребления электроэнергии теплыми полами:

• напольное покрытие и стяжка нагреваются и сохраняют выработанное тепло, что уменьшает необходимость постоянно «подпитываться» от электричества;
• сколько бы не потреблял теплый пол, это в любом случае меньше духовки, посудомоечной машины, кофеварки и даже фена);
• оптимальная температура нагрева обеспечивается терморегуляторами, что уменьшает потребление электроэнергии.

Миф № 2: Вред электромагнитного поля

Электромагнитное поле есть у всех электрических приборов. Однако тут следует разобраться в терминологии:

Электромагнитное поле – особая форма материи, состоящая из заряженных электрических частиц, попеременно влияющих друг на друга.

Электромагнитное излучение – возмущение электромагнитного поля, распространяющееся на большие расстояния и способное проникать в организм человека, негативно воздействуя на него, вплоть до изменения ДНК.

Потому электромагнитное поле само по себе безвредно. В конце концов, оно естественно даже для Земли. А если используется двужильный кабель, электромагнитное поле и вовсе не создается.

Миф № 3: Могут ударить током

Боязнь получить удар током от теплых полов иногда доходит до того, что люди перестают проводить влажную уборку в доме.

На самом деле конструкция не может причинить вред человеку, поскольку:

• нагревательные кабели – это лишь 15% теплых полов, оставшаяся часть конструкции состоит из защитных материалов, препятствующих возникновению несчастных случаев;
• защита состоит из полимерных оболочек, в которые помещены кабели, и они не пропускают электричество;
• также полимерная оболочка способна выдержать температуру до 180°С, за счет чего повышается и пожаробезопасность конструкции;

Детские игры, пролитая вода, готовка на кухне не способны привести к поражению током.

Миф № 4: Способствуют распространению бактерий в помещении

Этот миф не имеет под собой никаких оснований, поскольку температура в комнате от теплых полов или системы радиаторного отопления будет примерно одинаковой. Вдобавок, теплые полы мешают распространению пыли в воздухе. Поскольку батареи нагреваются сильнее, за счет этого увеличивается движение воздушных потоков в помещении. Следовательно, воздух «пропитан» пылью и вредными микроорганизмами.

С теплыми полами такого не происходит. За счет качественного распределения тепла в комнате, владелец может выставить меньшее значение на терморегуляторе. Происходит снижение движения воздушных потоков. Следовательно, пыль и возможные ее обитатели осядут на пол, не потревожив человека. Единственное, что останется – регулярно делать уборку.

Цена установки теплого пола меньше установки системы радиаторного отопления. Больше всего денег уйдет на устройство стяжки, изоляцию, напольное покрытие. Сами нагревательные элементы обойдутся недорого.

В первую очередь, помните, что потребление электроэнергии напрямую будет зависеть от того, насколько хорошо утеплено помещение. Это конструкция – безопасное и экономичное решение под любое напольное покрытие.

Теплый пол как основная система отопления. Нужен ли?

Запись дневника создана пользователем Smart2305, 05.02.18
Просмотров: 11.994, Комментариев: 42

Почти каждый мой заказчик мечтает построить дом с теплыми полами.
Ведь это так круто!
Ноги не мерзнут, можно ходить босяком, дети играют на полу и не болеют и т. п.
Какие только доводы не приходится слышать от мечтателей и от владельцев сия чуда инженерной мысли.
Только нужны ли они в доме?
Давайте разбираться.
Для начала ответим на вопрос, а что такое теплый пол? Теплый пол — это часть системы отопления призванная компенсировать тепловые потери через ограждающие конструкции и вентиляцию. Стабильная и комфортная температура в доме достигается тогда, когда энергия тепловых потерь равняется энергии восполняемой системой отопления. В каждом помещении это свои величины.
Как только равенство нарушается, то температура либо начинает повышаться, либо снижаться.
Рассмотрим пример.
Рассчитаем теплопотери комнаты.
Имеем угловую комнату на 1-м этаже площадью 20 м2, утепленную по действующим нормативам.
Площадь пола — 20 м2.
Площадь наружних стен — 30 м2.
Площадь окон — 6 м2.
Вентиляция с рекуператором с эффективностью 75% и объемом 150 м3/ч.
При температуре внутри +24 гр. (оптимальная температура для большинства людей) и температуре снаружи: — 2 гр. (средняя температура в отопительный период в Московской области) теплопотери составят:
Пол — 75 Вт.
Стены: 250 Вт.
Окна: 155 Вт.
Вентиляция: 325 Вт.
Итого: 805 Вт.
Итак при заданных условиях теплопотери комнаты составят 805 Вт.

Для компенсации тепловых потерь мы можем воспользоваться различными источниками отопления. Например теплым полом. Площадь теплого пола 20 м2. Тепловая отдача от пола 9,5 Вт/гр. Значит теплый пол нам нужно нагреть до температуры 805/20/9,5 + 24 гр. = 28,2 гр.
Вроде все выглядит хорошо.
Но при температуре -28 гр. тепловые потери уже составят 1600 Вт., а температуру теплого пола необходимо будет увеличить до 32,4 гр., что уже может являться не комфортной.
Это первый недостаток теплого пола как основного источника отопления.

При температуре 32,4 гр. тепловые потери помещения через пол будут больше чем при температуре пола 23 гр. без теплых полов. В случае если мы говорим о полах по грунту, то тепловые потери через пол увеличатся минимум на 58%.
Таким образом система теплых полов не может быть более экономична чем например радиаторное отопление, поскольку она нагревает одну из конструкций граничащей с внешней более холодной средой.
Это второй недостаток системы теплого пола.

Представим ситуацию, когда наша комната была пустой, и баланс тепловых потерь и поступлений не нарушен. Комната остается стабильной температуры, котел работает в стабильном режиме, система полностью отбалансирована. Вечером пришла семья 4 человека и включили большой телевизор. Каждый человек излучает 100 Вт тепла, а большой телевизор — 300 Вт. Таким образом у нас тепловые поступления в комнату увеличатся на 700 Вт и составят 1505 Вт.
Т. е. баланс тепловых поступлений и тепловых потерь будет нарушен.
К чему этот приведет?
Конечно же к увеличению температуры в помещении. Со временем температура в помещении стабилизируется на некоторой температуре, например +27 гр. Стабильная температура будет достигнута тогда, когда тепловые потери сравняются с тепловыми поступлениями. При этом тепловые потери комнаты будут не только через наружние ограждающие конструкции и вентиляцию, но и через внутренние стены, перекрытия, перегородки в соседние помещения.
Что необходимо, чтобы температура в комнате не менялась при появлении в нем большого количества людей и включении телевизора? Сохранить равенство тепловых поступлений и тепловых потерь. Этого можно достигнуть двумя путями:
1. Уменьшением тепловых поступлений от системы отопления.
2. Увеличением тепловых потерь помещения (например приоткрыть окно).
Очевидно что первый способ более эффективный и правильный. Но как этого достичь?
Нужно тепловые поступления от теплых полов в размере 805 Вт уменьшить до 105 Вт. Т. е. уменьшить температуру теплого пола до 24,5 гр.
А теперь вопрос на засыпку всем любителям теплых полов. Как быстро уменьшить температуру теплого пола?
Дело в том что теплые полы — чрезвычайно инертная система отопления. И если полностью отключить теплые полы, то они будут остывать в течение нескольких часов.
Посчитаем.
Удельная теплоемкость бетонной стяжки 840 Дж/(кг·К).
Стяжка имеет толщину 50 мм + плитка и плиточный клей. Итого 65 мм.
Плотность стяжки: 2 кг/дм3.
Масса 1 м2 пирога теплого пола — 130 кг.
Посчитаем за какое время температура теплого пола уменьшится на 1 гр. при полностью отключенной системе отопления.
840 Дж/(кг·К) *130 кг / ((28,2 гр. — 24 гр.) * 9,5Вт) = 2612 секунд или 43,5 минуты. Расчет приблизительный, так как не учитывается изменение теплоотдачи при уменьшении температуры теплого пола и не учитываются тепловые потери в пол. Но порядок понятен.
Т.е. при наличии системы теплого пола как основного источника отопления (источника компенсации тепловых потерь) мы не можем оперативно поддерживать равенство тепловых поступлений и тепловых потерь с помощью управления системой отопления, а следовательно и комфортную стабильную температуру внутри нашего помещения.
В этом случае у нас остается 3 выхода:
1. Открыть окно.
2. Выгнать всех из комнаты.
3. Мириться с увеличившейся температурой помещения и возникшим дискомфортом.
Возможно мне кажется, но люди строящие дома в большинстве случаев ищут больше свободы и комфорта для себя и своей семьи, а систему отопления на основе теплых полов никак нельзя отнести к таковой.
Невозможность комфортного поддержания температуры в помещении — это третий недостаток теплых полов как основной системы отопления.

Основные аргументы у таких застройщиков — это комфорт для ног, можно ходить босиком и т. д.
Я всегда спрашиваю. А летом тоже будете ходить босиком? Уже по холодному полу?
Т. е. летом ноги будут мерзнуть, а зимой греться? Или летом будете ходить в тапочках?
Вообще идея ходьбы босиком по полу — отдает чем-то восточным.
Зачем?
От хождения босиком развивается плоскостопие, особенно у детей, появляются мозоли и подошвенные бородавки. Это просто не гигиенично, особенно на кухне. Скользко.
Люди часто сидят на диванах с ногами. С босыми ногами, только что пришедшими с кухни или туалета — это нормально?
Какие ещё нужны аргументы? В принципе я могу понять ещё хождение в носках без тапочек, но совсем босиком.
Я дома хожу всегда в носках и тапочках CROCS. Всем рекомендую. Не реклама. Очень удобно и практично. Сажусь на диван и снимаю. Никаких проблем. Супруга и дети часто ходят в носках.
Носки выполняют важные функции:
1. Поддерживают нормальную температуру стопы.
2. Впитывают пот.
Никому не приходит в голову спать совсем без одеяла. Не комфортно правда? Почему же ноги должны быть открыты всем ветрам?
Многие наверное замечали, что после душа после высыхания ног легко одеть носки, а если целый день проходить босиком, то потом уже не оденешь. Потому что ноги выделяют пот и если он никуда не впитывается, то остается на ногах в виде липкой пленки.
Помимо нарушения равенства тепловых поступлений и тепловых потерь при жизнедеятельности людей в помещении, такой баланс может нарушаться при резких перепадах температур на улице, а так же при солнечном излучении. Много раз замечал как поступление тепла от яркого январского солнца, на южной стороне дома, способно полностью компенсировать тепловые потери комнат при температуре на улице — 25 гр. Т. е. в такие дни вообще не требуется наличие источника тепла в помещениях. При наличии же теплого пола в таких помещениях — будет просто баня.

Выводы:
1. Теплый пол как основной источник отопления — не может обеспечить постоянный комфорт для ног, так как его температура должна меняться от полного выключения до 32 и выше градусов. Летом теплые полы необходимо выключать и пол будет холодный.
2. Система отопления на основе теплых полов имеет меньшую экономичность, потому что она увеличивает тепловые потери в грунт, за счет нагревания поверхности граничащей с более холодной окружающей средой.
3. С помощью системы отопления на основе теплых полов невозможно добиться стабильной комфортной температуры в помещении из-за их высокой инертности.

PS1
Система отопления теплыми полами отлично подходит для помещений с временным пребыванием людей: санузлы, прихожие, зоны у чаши бассейна.

PS2
Теперь хотел бы порассуждать на тему саморегуляции теплого пола как системы отопления.
Действительно, ТП обладает таким свойством. И это хорошо.
Но опять же давайте разберемся в какой степени и от чего зависит эта терморегуляция.
В доме из моего примера, тепловые потери у конкретного помещения при дельте между внутренним и наружним воздухом 50 гр. — 80 Вт/м2. Кстати в домах со вторым светом — теплопотери будут больше в пересчете на 1 м2.
Значит разница между температурой пола и воздухом будет 9 гр.
Т. е. 32 гр. при 24 гр. в помещении.
При повышении температуры в помещении будет наблюдаться уменьшение тепловой отдачи ТП, а следовательно и эффект саморегуляции. Например при повышении температуры воздуха в помещении на 4 градуса тепловая отдача теплого пола уменьшится в 2 раза, а при увеличении на 8 градусов до нуля. Но комфортно ли будет находиться при этом в помещении?
При средней температуре на улице в отопительный сезон -2 гр. разница температур между воздухом и полом составит 4 градуса. и тепловая отдача будет уменьшаться при увеличении температуры воздуха на 2 градуса в 2 раза. Т. е. эффект саморегуляции будет более ярко выражен.
Т. е. при малых морозах в помещении будет более стабильная температура.
Этим и объясняется широкая распространенность данной СО в Европе.
Второй способ увеличить комфорт и эффект саморегуляции — это кардинальное снижение теплопотерь здания в 2 и более раз.
Тогда требуемая тепловая отдача пола будет гораздо ниже чем в примере. И разницу температур пола и воздуха можно будет уменьшить.
Так как в Европе, в основном, требования по утеплению выше чем в России, то там опять же система теплый пол более стабильно поддерживает температуру воздуха.

Вывод: эффект саморегуляции ТП, т. е. поддержание стабильной температуры помещения в следствии уменьшения его тепловой отдачи при повышении температуры воздуха в помещении, будет ярко выражен при малой разнице температуры теплого пола и воздуха, которая может быть достигнута кардинальным уменьшением тепловых потерь здания (здания типа «пассивный дом») и в теплых регионах с высокой средней температурой отопительного периода.