Водяные теплые полы широко используются в гибридных схемах отопления в домах (квартирах) повышенной комфортности или частных. Гибридная схема отопления включает в себя:
· Радиаторы, конвекторы или фэнкойлы - в качестве основных приборов отопления помещений (нагрев наружного воздуха и компенсация теплопотерь)
· Теплые полы – в качестве системы комфортного обогрева помещений и нагрева полов
В качестве системы комфортного обогрева и нагрева теплые полы, как правило, устраиваются только в отдельных помещениях дома: туалетах, ванных комнатах, кухнях, столовых и коридорах, по которым без подогрева неприятно ходить босиком или в легкой домашней обуви. Эти полы обычно холодные даже летом, т.к. выложены они не теплоизолированными, а теплопроводящими, чистовыми покрытиями, такими, как, например, кафель (керамическая плитка с глазурованной поверхностью).
По своему устройству водяные теплые полы - это плоские, развитые по площади напольные отопительные панели со сплошной гладкой нагревательной поверхностью (рис.1). Нагревательным элементом теплого пола является круглая труба: полимерная или металлополимерная, диаметром 16 или 20 мм, уложенная в форме спирали или змеевика в горизонтальный пол. Такие формы нагревательных элементов исключают завоздушивание системы, т.к. воздух и вода движутся в них в одном направлении. При этом теплые полы из-за протяженности трубы и значительного количества местных сопротивлений (отводов и поворотов) обладают повышенными гидравлическими потерями (по сравнению с отопительными приборами), которые компенсируются установкой насоса.
В нагревательных элементах – трубах движется жидкий теплоноситель, как правило, горячая вода.
Рис.1. Устройство водяного теплого пола и структура распределения основных его элементов.
Для обеспечения хорошей передачи тепла от греющих труб к обогреваемому помещению конструкция пола должна иметь высокую теплопроводность и близкие с трубами коэффициенты линейного расширения.
Заделка труб в бетонную или цементно-песчаную стяжку дает существенный теплотехнический эффект. Теплопередача труб увеличивается в среднем на 60% по сравнению с открыто проложенными трубами. Причина в том, что теплопередача нагретой трубы покрытой теплопроводным материалом возрастает с увеличением толщины слоя покрытия, т.е. с увеличением площади внешней теплоотдающей поверхности. Повышает эффективность теплых полов и дополнительный теплоизоляционный слой, располагаемый под трубами и по краям конструкции пола. Этот слой не позволяет теплу уходить в стороны и вниз в межэтажное перекрытие и далее – в помещения, расположенные этажом ниже.
Для возможности выполнения системы напольного отопления необходимо, чтобы помещение имело резерв по высоте для размещения всего "пирога" теплого пола (рис.2).
Обычно высота конструкции теплого пола составляет от 70 до 110 мм.
Рис.2. Структура слоев и расчет толщины водяного теплого пола
В инструкциях по устройству водяных теплых полов даются рекомендации по выбору длины и шага укладки труб:
1. Длина трубопровода водяных полов ограничена. Причина в том, что нельзя допустить сильного охлаждения воды, которое могло бы привести к снижению температуры пола. Максимальная длина в петле не должна превышать 120 метров – для трубы диаметром 20 мм и 100 метров – для трубы диаметром 16 мм. Если указанными длинами нельзя охватить всю площадь пола одного помещения, то нужно разбить площадь на участки и проложить на них трубы допустимой длины. При этом следует учесть, что трубы на таких участках должны быть равной длины. Допускаемая разница длины труб на участках, подключенных к общему коллектору, не должна превышать 15 метров (рис.3).
2. При заделке труб в стяжку нужно помнить, что несоблюдение расчетного шага укладки труб снижает качество работы теплого пола и создает проблемы. Типовой шаг трубы 110-180 мм, но менее 100 мм шаг укладки делать не следует. Конечно, чем меньше шаг укладки, тем лучше и равномернее прогревается пол, но при этом требуется и больше труб. Кроме того, в случае сильного сближения труб теплоотдача их снизится из-за эффекта взаимного облучения. А это негативно скажется на эффективности работы теплого пола: тепловой поток пола не увеличится, как бы это не казалось, а температура обратной воды возрастет. С увеличением расстояния между рядами труб более 200 мм может появиться ощутимая для ступней человека неравномерность нагрева поверхности полов, так называемая «температурная зебра». Кроме того, возникнет опасность образования трещин в стяжке пола и повреждения чистового покрытия.
Рис.3.Схема подключения и внешний вид теплых полов (до устройства стяжки)
Существует несколько способов раскладки петель теплого пола по помещению (рис.4):
· Укладка труб бифилярно (спиралью, улиткой)
При спиралевидной укладке греющие трубы для теплого пола с противоположным направлением потоков чередуются – участок наиболее горячий соседствует с участком наиболее холодным. Следовательно, такой тип укладки обеспечивает равномерное тепловое распределение. Для квартир обычно применяют именно этот способ. Этот вариант дает 10-15% экономии в количестве трубы и выигрывает по гидравлическим характеристикам из-за малого количества "калачей".
· Укладка труб меандром (зигзагом, змейкой)
Если выбран зигзагообразный способ укладки, то поступающая в змеевик от наружной стены вода постепенно охлаждается, протекая через греющие трубы вглубь помещения. При этом у пола температура поверхности будет неравномерна. Для обеспечения большей равномерности потребуются сильные насосы, обеспечивающие большую скорость потока воды.
Такой метод укладки подойдет не для всех случаев. Его допустимо использовать, если равномерная температура пола не обязательна и не нужна. Например, в ванной комнате пол около ванны должен быть теплее, чем у входной двери.
Другой вариант для такой укладки – это линейно наклонные поверхности. На них невозможно применить бифилярную укладку, потому что произойдет завоздушивание трубы и пол перестанет работать и греть. При укладке же меандром и установке распределительного коллектора в самом высоком месте пола воздух легко уносится из труб и завоздушивания не происходит.
Рис.4.Способы укладки труб улиткой и змейкой: цветом показаны условные температуры теплоносителя (красным – горячий, синим – холодный)
Плоские панели, каковыми являются теплые полы, передают тепловую энергию посредством излучения, а не конвекции, которая, как известно, является основным способом передачи тепла в конвективных (радиаторно-конвекторных) системах отопления. Т.е. плоские панели используют не конвективный, а, так называемый, панельно-лучистый способ отопления помещения (рис.5).
Рис.5. Способы отопления с помощью отопительных приборов: излучением и конвекцией
При этом способе отопления радиационная температура помещения (средняя температура внутренних поверхностей ограждений и отопительных приборов) превышает температуру воздуха в нем: tr > tв.
Другими словами, в таком помещении складывается самая благоприятная для людей температурная обстановка: повышается температура поверхности окружающих ограждений и предметов и понижается температура воздуха в помещении. А, как известно, самочувствие человека значительно улучшается при повышении в его теплопередаче в окружающую среду конвективного способа теплопереноса и уменьшении теплопереноса посредством излучения на холодные поверхности (радиационного охлаждения).
Нужно отметить, что при напольном панельно-лучистом отоплении теплообмен конвекцией все же присутствует, но он не такой значимый как при радиаторном отоплении. Восходящие потоки воздуха здесь не так интенсивны, как и температура воздуха в них.
В последнее время специалистами рассматривается вопрос о полном отказе от отопительных приборов в системах отопления и переходе на отопление с помощью одних только теплых полов. Причина в наличии ряда недостатков у системы на базе отопительных приборов.
Рассмотрим основные преимущества и недостатки систем с отопительными приборами.
Преимущества:
· Компактность приборов
· Относительная легкость монтажа и замены
· Размещенные под окнами и работающие отопительные приборы создают «тепловую завесу» от холодных наружных стен, окон и сквозняков
· Не требуют теплоизоляции от наружной стены – достаточно воздушной прослойки, чтобы тепло не уходило в стену
Недостатки:
· Высокая стоимость качественных приборов
· Высокая температура поверхности приборов – можно обжечься
· Острые углы у приборов – можно пораниться
· Наличие зоны отчуждения мешающей интерьеру - невозможность размещения вблизи приборов мебели из-за возможности теплового повреждения ее материалов
· Неравномерность обогрева помещений – для того, чтобы не переохладить удаленные от приборов участки помещений вынуждено перегреваются близко расположенные
· Ощутимый поток сильно нагретого и холодного воздуха вблизи приборов и пылеобразование из-за конвекции
· В углах помещений остаются не прогретые зоны
Водяные теплые полы могут использоваться для обогрева помещений и целых домов сами по себе, без использования отопительных приборов. Другими словами, они могут быть трансформированы из комфортных полов в полы для обогрева помещений, которые будут нагревать поступающий воздух и компенсировать теплопотери в помещениях и доме в целом.
При этом важным моментом является следующее: только бетонные (цементно-песчаные) теплые полы могут быть отопительными теплыми полами, покрывая своей теплоотдачей все теплопотери в помещениях! Теплые полы без стяжки могут быть только комфортными.
Кроме того, именно бетонная система обеспечивает все преимущества теплых полов перед другими видами отопления. Большая теплая плита способна обеспечить комфорт, уют, гигиеничность и экологичность в любом помещении. Не зря такой теплый пол используют не только в жилых домах, но и в автомастерских, и на животноводческих фермах, и в складских терминалах.
Также в пользу бетонной системы говорят и ее прочностные качества. Нагрузка на такой пол может составлять до 500 кг/м2. Этого достаточно для использования ее в любых частных домах и практически на любом промышленном предприятии. Долговечность бетонного теплого пола соответствует сроку службы всего здания в целом, а именно не менее 50 лет. При этом гарантийный срок службы труб для теплых полов, например, из сшитого полиэтилена PEX фирмы REHAU, составляет 50 лет, что в 5 раз превосходит гарантийный срок службы стальных радиаторов!
Теплые полы при температуре теплоносителя 50 °C могут обеспечить теплоотдачу до 100 Вт/м2, что при качественной теплозащите здания позволяет отказаться от радиаторного отопления!
Основной недостаток теплых полов при использовании в качестве единственной системы отопления зданий заключается в следующем: при ошибке в технических расчетах и исполнении что-либо исправить уже не получится. Нельзя будет даже просто повысить температуру теплоносителя!
«Стандартный» тепловой поток теплых полов, предназначенных для повышения теплового комфорта помещений - это 50-70 Вт/м2. И его явно недостаточно для отопления жилых домов в РФ, теплопотери в которых составляют 80-120 Вт/м2.
Данный способ отопления очень хорош и тем, что создает комфортную среду обитания, выражающуюся пословицей: «для того чтобы не болеть нужно держать ноги в тепле, а голову в холоде». А также дает реальную экономию тепла до 12% за счет понижения комфортной температуры воздуха в помещении в среднем на 1-2°C по сравнению с комфортной температурой при конвективном отоплении (рис.6).
Рис.6.Конвективный и панельно-лучистый способ отопления: с помощью конвектора (слева) и теплых полов (справа)
Кроме того, данный способ снижает пересушивание (сильное снижение относительной влажности) нагреваемого воздуха и циркуляцию пыли, обеспечивает равномерное распределение температуры по высоте и площади помещения без образования перегретых, теплых и холодных зон. Разность температуры воздуха по высоте помещения достигает менее 4°С, а по длине помещения – разности температуры практически нет (рис.7).
Рис.7.Температурный режим в помещениях с отопительным прибором и теплыми полами
Важными аргументами в пользу водяных теплых полов являются их долговечность, эстетичность и гигиеничность. Постоянная сухость теплых полов уничтожает питательную среду для грибка, плесени, бактерий и пылевых клещей. Теплые полы легко моются и дезинфицируются.
Как видно на рис.8, распределение тепла при использовании теплых полов практически копирует график оптимального распределения температур для человека.
Рис.8.Схема распределения теплого воздуха в системе напольного отопления
Теплые полы обладают эффектом саморегуляции. В системах отопления с теплыми полами количество отдаваемой энергии определяется разностью температуры поверхности пола и температуры воздуха в помещении. Если температура в помещении приблизится к температуре пола, например, за счет солнечного облучения, то теплоотдача пола уменьшается, не позволяя комнате перегреться. И наоборот если температура в помещении упадет, например, после проветривания, то теплоотдача пола увеличивается.
Но у водяных теплых полов есть и недостатки:
· Высокая стоимость и повышенная трудоемкость монтажа
· Низкая ремонтопригодность и боязнь гидроударов
· Высокое гидравлическое сопротивление, требующее применения насоса
· Требуют качественного теплоносителя без грязи, песка и других примесей
· Вносят ограничения на использование материалов отделки пола, которые должны иметь хорошую теплопроводность (подходят: кафель, линолеум, ламинат, и плохо подходят: дерево, кавролин)
· Меньше поверхностная плотность теплоотдачи по сравнению с металлическими отопительными приборами, что приводит к значительному увеличению длины греющих труб и, соответственно, площади нагреваемой поверхности теплого пола
· Невозможность применения в лестничных клетках, тамбурах и т.п. помещениях
· Большая тепловая инерция и связанная с ней трудность регулирования теплоотдачи.
Для обеспечения теплового комфорта и во избежание перегрева ног человека принимаются следующие максимальные значения температур на поверхности пола, °C:
· 26 – в служебных и рабочих помещениях, где люди работают стоя
· 29 – в помещениях с постоянным пребыванием людей (жилые комнаты и офисы)
· 31 – в помещениях с временным пребыванием людей: коридорах, кухнях, ванных комнатах, туалетах, саунах и бассейнах
· 33 – для локальных участков, прилегающих к наружным стенам с окнами
Внимание!
При температуре на поверхности пола 20 °С может выпасть конденсат. Данное значение температуры представляет собой нижнюю границу рабочего диапазона теплых полов. Из-за нее не всегда возможно использование теплых полов в качестве, например, системы охлаждения помещения.
Теплые полы в отличие от конвективного отопления используют в своей работе теплоноситель с низкой положительной температурой.
Расчетная температура теплоносителя для большинства теплых полов, как для комфортного обогрева, так и для обогрева помещений, составляет 40-50° C и определяется выражением:
tр = (tпт + tот)/2
где:
tр - расчетная температура теплоносителя, °С
tпт – температура прямого теплоносителя, °С
tот – температура обратного теплоносителя, °С
Расчетный перепад температуры теплоносителя теплого пола ∆t = tпт - tот и составляет 5-10°С. Такой перепад температуры обеспечивает равномерный прогрев теплого пола по всей теплопередающей поверхности и его высокую теплоотдачу.
Пример.
Дано: Температура теплоносителя на входе в отопительный контур +50°C, ∆t = 10°C
Определить: Расчетную температуру теплоносителя
Решение: Температура на выходе контура составляет 40°С.
Расчетная температура составит:
tр = (50 + 40)/2 = 45°С
В гибридных схемах отопления в целях приведения температуры теплоносителя из системы теплоснабжения (90/70°С) к необходимой температуре теплых полов (50/45°С) должен быть установлен насосно-смесительный узел. В нем теплоноситель из обратного трубопровода теплых полов смешивается с теплоносителем из системы теплоснабжения, обретая температуру, необходимую для подачи в трубопровод теплых полов (рис.9).
При этом в отопительные приборы теплоноситель поступает, так как есть: не меняя свои рабочие параметры (90/70°С).
Смесительным элементом в насосно-смесительных узлах чаще всего выступает трехходовой электромеханический клапан. Таким образом, теплые полы в гибридной схеме отопления образуют самостоятельный циркуляционный контур с насосом. Подключение к насосу нескольких отдельных контуров осуществляется посредством коллекторов.
«Отопительный» теплый пол, помимо функции обеспечения комфорта, несет в себе еще и функцию полноценного отопления. В этом случае, для компенсации теплопотерь помещения, температура теплоносителя теплых полов должна меняться автоматически в зависимости от изменений температуры на улице. Такое регулирование называется климатическим или погодозависимым.
Разница между «отопительным» и «комфортным» теплым полом достаточна велика. Начиная с того, что используется разное регулирующее оборудование автоматики, действуют разные теплоизоляционные требования, принципиально разный расход греющих труб, и как следствие, увеличение размеров распределительных коллекторов, коллекторных шкафов, пересчет циркуляционных насосов.
И технически и экономически это две разных технологии, следовательно, определяться с видом теплого пола нужно на этапе проектирования, потому что в процессе эксплуатации сделать «отопительный» теплый пол из «комфортного» будет невозможно.
а) Принцип работы насосно – смесительного узла теплых полов
б) автоматика комфортного теплого пола без контроллера
в) автоматика отопительного теплого пола с погодозависимым контроллером
Рис.9. Подключение теплых полов к системе теплоснабжения через насосно - смесительный узел и автоматика теплых полов
Насосно-смесительные узлы теплых полов делятся на типы:
· Последовательного смешивания (рис.10)
· Параллельного смешивания (рис.11)
Дата: 2019-03-05, просмотров: 262.
