Пол из воды и тепла

Мало у кого вызывает сомнение тот факт, что цена на энергоносители со временем будет расти. По прогнозам аналитиков, уже в ближайшие годы можно ожидать повышения тарифов до европейского уровня. В связи с этим вопрос выбора наиболее экономичного варианта теплоснабжения становится все более актуальным. А если учесть, что отопительная система должна не только быть финансово доступной, но и максимально соответствовать современным представлениям о комфортном жилье, альтернатив остается немного. Одно из наиболее универсальных решений - устройство системы "Теплый пол". К теме электрического напольного отопления сейчас обращаются всё чаще, пришло время поговорить о водяных тёплых полах как о наиболее экономичном оборудовании для обогрева помещений.

Воду для нагрева полов использовали еще в глубокой древности. В термах Древнего Рима в камне прокладывали специальные каналы для горячей воды. А с помощью прочных стальных труб стали прогревать полы в первой половине прошлого века. Но если несколько десятилетий назад подобную технологию применяли в основном в детских садах и больницах, то в наше время сиаемы водяного обогрева пола широко используют в зданиях различного назначения, в том числе в квартирах и частных домах.

Сравнение систем, критерии выбора
Для тех, кто знаком с основами физики, преимущества подогрева полов очевидны. Теплый пол равномерно излучает тепло по всей площади, при этом не возникают сквозняки, которые неизбежны при отоплении радиаторами. Ногам от него тепло, а голове прохладно. Что может быть лучше? Принцип действия водяных и электрических систем обогрева практически одинаков. Под полом монтируют либо электрические кабели, либо трубы, нагревающие поверхность пола, от которого поднимается теплый воздух. Устанавливают теплые полы, как правило, в ванных комнатах, кухнях, там, где обычно напольным покрытием служит керамическая плитка, которая отличается высокой теплопроводностью. Свойства этого материала обеспечивают быстрый и эффективный прогрев помещений. В спальнях и других комнатах тоже можно оборудовать подогрев пола. Но, поскольку напольным покрытием в таких помещениях обычно служат паркет, ламинат, ковролин или линолеум, теплопроводность которых ниже, КПД от установки теплого пола будет меньшим. Кроме того, паркет под воздействием температуры со временем может рассыхаться, а линолеум - размягчаться и портиться от механических нагрузок. Поэтому в помещениях, где используются такие напольные материалы, предусматривают меньшую температуру теплоносителя.

Что касается выбора кабельной или водяной системы, каждая из них имеет свои преимущества и недостатки. Зачастую производители систем выделяют только плюсы, умалчивая о минусах. Но помимо цены, качественных характеристик и энергозатрат нужно учитывать условия, при которых можно установить ту или иную систему. Преимущества электрических систем отопления в том, что такие системы предполагают простую, быструю и недорогую установку, а толщина пола при их монтаже увеличивается лишь на 1-2 см. Однако электрополы обходятся дороже в эксплуатации: они потребляют большое количество электроэнергии - 80-100 Вт/ч на 1 м2 жилья. А в случае лимитированной мощности в здании, иногда требуется заменить электропроводку. Также электрокабели излучают электромагнитные поля, и длительное нахождение человека в таком поле иногда оказывается вредным для здоровья. Впрочем, по мнению специалистов, если кабель защищен специальным экраном, воздействие поля практически исключается.

Водяные теплые полы экологически безопасны и более экономичны в использовании. Но требуют подготовительных строительных работ и дополнительного оборудования, что значительно удорожает установку системы. Пол при монтаже водяной системы утолщается на 10-13 см. Требуется также достаточное время на испытания и запуск системы. Однако в загородном строительстве водяной теплый пол имеет бесспорное преимущество перед электрическим, так как существенно экономит потребление электроэнергии на больших площадях. К примеру, чтобы обогреть дом площадью 200 м2 суммарная мощность электрических теплых полов должна составлять более 20 кВт. Расчет такой: из 200 м2 общей площади обогреваемая площадь составит 140 м2 (не менее 70% общей площади). 140 м2 умножаем на 150 Вт/м (это расчетный минимум для электрического теплого пола) и получаем 21 кВт/ч. Оплачивать в дальнейшем такую мощность не сможет ни один толстосум. Да к тому же это просто нецелесообразно. Водяной теплый пол - более экономичное решение, поскольку не требует затрат на обслуживание: заказчик платит только за материалы и монтаж системы.

Конструкция водяного теплого пола
Нагревательным элементом системы водяного отопления пола служит термически изолированная бетонная пластина, нагреваемая вмонтированными в нее трубами, по которым циркулирует горячая вода. Конструкция пола выглядит следующим образом. На идеально ровную и цементно-песчаную стяжку, а также вдоль стен укладывается термоизолирующий настил с алюминиевой пленкой, который препятствует уходу тепла в основание пола и стены. Затем на термоизолятор с пленкой укладывают трубы с помощью крепежных деталей, после чего все заливают цементным раствором, поверх которого укладывают напольное покрытие (плитку, паркет, ковролин и т.д.). В работу систему приводит оборудование для передачи теплоносителя по трубам: насосы, системы управления (термостаты, сервоприводы, вентили), распределители контуров нагрева.

Температура воды в системе теплых полов не должна превышать 50-55°С. При большей температуре, например 90°С, поверхность пола будет прогреваться до 40-50 °С, что некомфортно для ног. Кроме того, цементная стяжка начнет трескаться, а плитка - отставать. Оптимальная температура поверхности не должна превышать 29°С для жилых комнат и 33°С для ванных. Чтобы происходила необходимая теплоотдача (70-100 Вт/м), максимально допустимая скорость потока воды должна составлять не более 1 м/с. Подойдут котлы с температурой 90°С. Однако, так как в системе централизованного отопления температура воды выше допустимых 50-55 °С, необходима установка трехходовых термосмесительных кранов, кранов подмешивания или специальной регулирующей аппаратуры.

Требования к материалам
Трубы. В современных системах напольного отопления используются полимерные трубы из полипропилена, полибутена, поперечно-сшитого полиэтилена, металлопластика и некорродирующих металлов (меди, стали). Нормы ГОСТа (в частности, ДБН) запрещают использовать только трубы из черного металла, так как шовные материалы нельзя вставлять в бетонные стены. Оптимальный внешний диаметр - 16 или 18 мм. При таких размерах толщина пола увеличивается незначительно, а для нормальной гидравлики не требуются дополнительные устройства. Поскольку трубы под полом заливаются бетоном и в случае их повреждения приходится взламывать пол, к ним предъявляют очень высокие требования. Для теплых полов используют отопительные трубы, а не предназначенные для горячего и холодного водоснабжения. Трубы должны иметь 100-процентную герметичность, защитный слой, который препятствует кислородной диффузии, и изгибаться вручную. Коэффициент их линейного расширения должен быть меньше либо равен 0,025 Мм/мК, показатель теплопроводности - 0,43 Вт/мК. Еще одно обязательное условие: для прокладки в одном помещении нужен цельный кусок трубы. А срок службы должен соизмеряться со сроком жизни здания. Поэтому лучше использовать трубы известных производителей, которые дают гарантию не менее 50 лет на свои изделия и предоставляют огромные компенсации в случае их повреждения.

Термоизоляция. Для термоизоляции применяют любой пористый материал: как обычный пенопласт, так и усовершенствованные разновидности - экструдированный пенополистирол (стиродур, изофарм, полиизол), прессованный полистирол. Существует также специальный материал - терамплен, с уже наклеенной на него фольгой, на которой сделана разметка для ровной укладки труб. Толщина изолирующего слоя должна быть не менее 22 мм, на грунтовом полу или в неотапливаемом помещении - не менее 30 мм. Для того чтобы исключить образование теплового моста между нагревательной пластиной и стенами, прокладывают либо демпферную ленту, либо тонколистовой пенопласт.

Бетон. Бетон обычного состава не подходит для нагревательных пластин. Поэтому, чтобы сделать его эластичным, а также улучшить контакт с трубой, в состав смеси добавляют пластификатор. Необходимо неукоснительно придерживаться норм расхода пластификатора для бетона. Если пластификатор будет отсутствовать в составе или находиться не в регламентированном количестве, нагревательный настил начнет трескаться.

Напольные материалы. Как уже говорилось, не все материалы, кроме камня и керамической плитки, 100-процентно подходят для покрытия теплого пола. Поэтому специалисты рекомендуют стелить только выдерживающие температурные нагрузки паркет, ковролин, ламинат и линолеум. Эти материалы должны иметь соответствующие обозначения, свидетельствующие о том, что они подходят для укладки на теплые полы. Текстильные покрытия, линолеум, дерево необходимо приклеивать специальным термоустойчивым клеем. Стелить же паркет нужно при влажности не менее 4%.

Варианты укладки змеевиков
Укладывать трубы можно несколькими способами: зигзагом, спиралью (или улиткой) и используя оба перечисленных способа. Затраты при укладке разными способами одинаковые, но КПД разный. При спиралевидной укладке трубы с противоположным направлением потоков чередуются, наиболее горячий участок трубы соседствует с наиболее холодным. То есть такой тип укладки обеспечивает равномерное распределение тепла по всему полу. Обычно в квартирах используют именно этот способ. Однако "улитка" не подходит для помещений с линейным уклоном поверхности. При зигзагообразном способе укладки горячая вода, поступающая в змеевик от внешней стены, при протекании вглубь помещения постепенно охлаждается. Поэтому пол в таком помещении будет иметь неравномерную температуру поверхности. Для того чтобы сделать ее одинаковой, потребуются более мощные насосы, обеспечивающие большую скорость потока воды. Но этот метод укладки могут предпочесть те, для кого равномерный обогрев пола вовсе не обязателен. Например, возле ванны пол может быть теплее, чем возле двери. Это же касается больших залов, пол в которых должен быть теплее там, где постоянно находятся люди. В зависимости от типа помещения и для обеспечения необходимой температуры используют разный шаг укладки (расстояние между трубами) - от 10 до 30 см. Чем меньше шаг, тем больше прогревается пол. Тепло распространяется по радиусам. Чтобы подогрев был эффективным, радиусы должны пересекаться между собой. В ванных шаг обычно составляет 10 см, спальнях и кухнях - 20 см, залах - 30 см. Облегчает точную укладку трубы размеченная на квадраты алюминиевая фольга на термоизоляторе.

Нюансы проектирования
Проектирование системы водяного теплого пола дело весьма сложное. Для того чтобы рассчитать необходимое количество материалов и элементов, а также обеспечить правильное функционирование системы, нужно принять во внимание множество факторов: желаемую температуру; назначение, размеры, высоту и форму помещения; характеристики трубы и прочих материалов; площадь остекления и многое другое. Впрочем, сейчас проектирование осуществляется не вручную. Каждый производитель теплого пола представляет компьютерные программы, которые в течение часа производят точный расчет количества материалов, шага укладки и т.д. Необходимое для отопления помещения количество змеевиков определяют по нескольким параметрам: площади помещения, длине трубы (не должна превышать 120 м), теплопотерям комнат. Исходя из диаметра трубы, рассчитывают гидравлическое сопротивление.

Очень важно на стадии проектирования учитывать расположение разделительных (или компенсационных) швов между нагревательными пластинами. Иначе из-за усадки и температурных удлинений могут образовываться трещины и выпячивания на поверхности. Разделительные швы необходимо применять в следующих случаях: по краям стяжки для компенсации расширения; в помещениях, площадь которых больше 40 м2; при длине бетонной плиты 8 м; над деформационными швами несущих конструкций; в дверных проемах; при сложной конфигурации пола. При создании схемы размещения швов учитывают следующие моменты. Контур должен быть уложен так, чтобы трубы не пересекали деформационные швы, за исключением подводящих труб. В местах пересечения трубы со швом ее необходимо укладывать в защитной гофрированной трубе, отступив 20 см от шва с каждой стороны. В случае использовании твердых напольных покрытий (плитки и т.п.) шов должен подниматься до поверхности пола.

При проектировании также немаловажно знать заранее, какое напольное покрытие будет стелиться в дальнейшем, чтобы обеспечить нужную температуру теплоносителя и подобрать соответствующие материалы для пола. Также рекомендуется обсудить, где будут находиться мебель или сантехника. В этих местах трубы не будутукладываться, поскольку дереву свойственно рассыхаться от повышенных температур, кроме того, установка теплого пола под шкафом или ванной нецелесообразна - лишние затраты при нулевой эффективности.

Условия установки
Монтаж водяного теплого пола может осуществляться только после проведения необходимых подготовительных работ. Так как толщина теплого пола составляет 10-13 см, необходимо, чтобы ниже чистого уровня (поверхности пола, на которую кладется напольное покрытие) было в запасе не менее 7 см. В противном случае высота пола увеличится. Это особенно важно для ванных комнат: если уровень пола в них будет выше, при затоплении вода попадет в комнаты. Полы в помещениях, непосредственно примыкающих к грунту, должны иметь надежную гидроизоляцию. При битумсодержащей гидроизоляции следует под термоизолятор стелить разделяющий слой из картона или полиэтиленовой пленки. Необходимы и штукатурные работы. Поверхность цементно-песчаной стяжки должна быть безукоризненно ровной. Допускаются неровности не более 10 мм. Труба на месте бугров может оказаться выпуклой, в результате чего в ней образуется воздушная пробка, мешающая циркуляции воды. Если есть неровности, необходимо сделать дополнительную выравнивающую стяжку. При этом не стоит применять сыпучие материалы (строительные отходы, песок). Если теплый пол предусматривает наличие уклона, его следует сделать в несущем настиле. Стяжка должна быть сухой перед установкой системы теплого пола.

Монтаж
После подготовительных работ вдоль стен, стоек, дверных коробок укладывают краевую ленту. Она должна выступать над конструкцией пола минимум на 20 мм. Затем раскладывают теплоизолятор с фольгезированным покрытием и напечатанной сеткой, облегчающей монтаж труб с определенным шагом. Начинают укладку с самого удаленного от распределительного коллектора угла. Если в качестве теплоизолятора применяют обычный пенопласт, на котором отсутствует фольга, его покрывают сверху полиэтиленовой пленкой толщиной от 0,2 мм. Можно класть пленку и под пенопласт. Перед заливкой системы бетоном пленку необходимо приклеить - для лучшей герметизации.

Трубы крепят с помощью якорного крепежа, вбитого в термоизолятор. Для монтажа можно использовать направляющие с самоклеящейся лентой или плиты из пенополистирола, имеющие выступы для фиксации трубы. Направляющие кладут на фольгу с шагом не менее 1 м. Якорный крепеж удерживает трубу за счет зубцов на концах. Устанавливается он с шагом 30-50 см. Один конец трубы крепят к распределителю, затем ее укладывают по контуру с внешней стороны змеевика. Доведя трубу до гребенки, ее отрезают с небольшим запасом. Если в дальнейшем предполагают укладывать на пол керамическую или каменную плитку, для армирования бетона на трубах следует разместить сетку с толщиной проволоки 3 мм и размером ячейки 100 х 100 мм. Армирование должно быть прервано в области компенсирующих швов. Минимальная ширина разделительного шва должна составлять 5 мм, толщина настила над трубой - не менее 25-30 мм, общая толщина - как минимум 45 мм. Следует иметь в виду, что увеличение толщины настила снижает теплоотдачу системы.

Испытание системы
Перед заливкой труб бетоном необходимо испытать систему. Производится эта операция в течение 24 часов при давлении 6 бар. Во время заливки и затвердения раствора система отопления должна находиться под давлением 3 бара, а температура воды равняться 20°С. Запускать систему после укладки бетона можно только спустя 21 день, иначе стяжка под воздействием высоких температур может потрескаться. Перед запуском системы нужно удалить из змеевиков воздух. Проделывают эту процедуру в течение нескольких дней, поскольку сразу удалить весь воздух нельзя. Затем повышают температуру в сиаеме до 85°С и поднимают давление до уровня срабатывания аварийного клапана, выдерживают в течение 30 мин., при этом контролируют герметичность соединений. Систему испытывают также давлением, в полтора раза превышающим рабочее, в течение 2,5 ч. После чего давление уменьшают до минимума. Эту операцию совершают дважды и только потом устанавливают рабочие показатели. Необходимо также произвести контрольные замеры параметров системы по истечении семи, а затем 14 дней с начала эксплуатации в рабочем режиме. Для проверки четкости работы автоматики котельного оборудования следует несколько раз проверить срабатывание рабочих и аварийных термостатов при перегреве, а также работу всех режимов цикличности при разных температурах.