Строительные материалы и технологии
Выпуск от 08.12.2005

"Теплый пол". Особенности проектирования

По материалам сайта http://www.stroing.ru/.

Подключать схему "теплого пола" непосредственно к источнику тепла – централизованному или автономному – нельзя. В конструкции напольного отопления обязательно должен быть предусмотрен свой насос для точного поддержания параметров температурной и гидравлических характеристик самостоятельной системы "теплого пола".

Поскольку "теплый пол" – низкотемпературная отопительная система, имеющая жесткие ограничения максимально возможной температуры теплоносителя, пуск последнего в напольный трубопровод никогда не происходит напрямую. Подача теплоносителя осуществляется через стандартный трехходовый клапан различных конструкций. Оптимальным считается смеситель ГВС с термометром и термостатом, по принципу действия напоминающим автомобильный термостат, с помощью которого и выставляется необходимое значение температуры.

Какой перепад температур на прямом и обратном трубопроводах считать оптимальным, какое количество тепла должен генерировать "теплый пол"? Различные технические руководства рекомендуют температурную разницу ΔТ, равную 10°C. Но на практике даже в крупномасштабных сооружениях, где суммарная длина трубопровода – не одна сотня метров, не удавалось достичь ΔТ больше 7°C. Для стандартных помещений, по расчетам проектировщиков, принято говорить о среднем по величине теплосъеме в 4–5°C. Этот параметр прямо влияет на выбор насоса.

Теоретически при ΔТ = 10°C потребуется насос малой производительности. Но в этом случае теплоноситель циркулирует медленно и большие контуры не прогреваются. Зная же, что реальный теплосъем составляет 4–5°C, проектировщик выберет насос, у которого производительность в два раза больше, что обеспечит равномерный прогрев всей конструкции "теплого пола".

Отопительные коллекторы ("гребенки")

Для напольных систем отопления применяются обычные отопительные коллекторы (схема 1). Напорная характеристика насоса H постоянна, на распределительные отопительные коллекторы теплоноситель подается с одинаковой гидравлической составляющей ΔP. Учитывая, что присоединенные к коллекторам отопительные контуры различны по длине (из-за разной площади отапливаемых помещений), необходимо добиться равного гидравлического давления во всей системе.

Конечно, можно варьировать диаметром трубопровода в различных контурах пола, но это нерезультативное занятие. Для эффективного решения на каждый отопительный контур обязательно ставится регулирующий клапан (на подачу и возврат теплоносителя). Клапан выступает в роли плавающей диафрагмы.

Необязательное требование: каждый клапан должен иметь возможность слива, так как "теплые полы" не имеют таковой в силу конструкционных особенностей. Слив каждого из контуров "теплого пола" производится принудительным способом с помощью компрессора. В первом варианте через один клапан воздух нагнетается в контур, через другой – сливается выталкиваемый воздухом теплоноситель; во втором варианте принудительный слив производится через сливные штуцеры коллекторов, но в сравнении с первым вариантом придется сливать больший объем воды и затратить на процедуру значительное время.

Общая площадь пола для обогрева одним отопительным контуром не должна превышать 40 м², а максимальная длина одной стороны пола – не более 8 м.

В центральной отопительной системе теплоноситель движется со скоростью, не превышающей 0,2 м/с (при такой скорости потока две среды – жидкость и воздух – двигаются в трубах, не смешиваясь друг с другом). Это облегчает выведение воздуха из отопительной системы с помощью автоматических воздухоотводчиков. Практически все они работают при скорости потока 0,1–0,15 м/с. Значение скорости движения теплоносителя в системах трубопроводов отопительных стояков с принудительной циркуляцией находится в пределе от 0,2 м/с до 0,7 м/с. В этом случае не наблюдается расслоения двух сред и по трубам движется водовоздушная смесь. Следовательно, установка автоматических воздухоотводчиков в коллекторах напольной отопительной системы нецелесообразна. Чтобы воздух не попадал в систему напольного отопления, рекомендуется развоздушить (желательно автоматически) магистральные трубопроводы до коллекторов, а в трубопроводах контуров нагрева поддерживать скорость движения теплоносителя 0,4–0,5 м/с.

Схема 1. Отопительный коллектор

Компенсация тепловых расширений

Систему отопления "теплый пол" надо рассматривать с учетом тепловых расширений. В среднем коэффициент теплового расширения пластиков в 10–20 раз больше, чем стали (рис. 1). Возникает вопрос: как справляться с таким недостатком полимерных труб как линейное удлинение? Именно для этого предусмотрены конструктивные ограничения "теплого пола".

/
Схема 2. Принципиальная схема поддержания постоянной температуры подаваемого теплоносителя

Эти ограничения введены для того, чтобы один контур отопления прокладывать единой трубой: соединения труб, к которым после заливки стяжки не будет доступа, запрещены.

Внутренний диаметр гофрированной трубы должен быть на 5 мм больше внешнего диаметра отопительной трубы, это обеспечивает ее свободный ход в образовавшемся гофрированном тоннеле.

Рис. 1. Линейные удлинения материалов

При шаге укладки трубы 200 мм на контур отопления требуется 180 погонных метров трубы. Из 200-метровой бухты 20 м остается на подключение контура к отопительному коллектору.

При таких линейных параметрах и теплоносителе +45°C расширение плиты "теплого пола" (имеется в виду вся монолитная конструкция – труба и арматура, обжатые цементной стяжкой) составляет 6 мм – по 3 мм в каждую сторону по оси максимальной длины.

Это означает, что по периметру "теплого пола" с помощью демпферной ленты необходимо предусмотреть зазор, который примет эти расширения. Демпферную ленту изготавливают из пористой каучуковой резины. Ее толщина 5 мм. В зазоре лента может компенсировать до 3 мм тепловых расширений.

Часто возникает вопрос: как быть, если длина одной стороны "теплого пола" больше 8 м, например при строительстве обогреваемой дорожки шириной 1,5 м в 25-метровом бассейне? Соответственно длина дорожки тоже будет 25 м. Площадь предполагаемого "теплого пола" равна 37,5 м². Казалось бы, напольное отопление в этом случае можно уложить одним контуром в единой цементной стяжке. Но при существующем ограничении максимальной длины одной из сторон "теплого пола" не более 8 м монолитную стяжку придется делить на сегменты, между которыми для компенсации тепловых расширений плиты отопительной системы проложена двойная демпферная лента.

Что произойдет в случае, когда сегменты будут двигаться навстречу друг другу? Демпферная лента, конечно, примет увеличение длин сторон сегментов, а вот трубе контура отопления, обжатой в монолите с двух сторон, грозит разрыв.

Для этого случая предусматриваются конструктивные меры: каждый раз отопительная труба, пересекая демпферную зону (место стыка сегментов плиты "теплого пола"), должна быть защищена гофрированной трубой (схема 3). В месте стыка делается дугакомпенсатор из гофрированной трубы радиусом 0,15 м. По 0,3 м с краев отрезка защитной гофрированной трубы находятся обжатыми в смежных сегментах плиты отопительной системы. Таким же способом прокладывают и транзитные трубопроводы через демпферные зоны. При движении плит труба не получает усилия на разрыв.

Схема 3. Прокладка трубы отопительного контура в демпферной зоне

Шаг укладки

Минимальный шаг укладки отопительного трубопровода, который встречается в иностранных руководствах по монтажу, составляет 100 мм. По мнению отечественных специалистов, для российских условий это нонсенс, так как у нас используются трубы таких диаметров, радиус изгиба которых составляет 200 мм. И если пытаться уложить такую трубу с шагом 100 мм, то получится бессмысленное нагромождение петель. Это приведет к неравномерному прогреву пола. Уменьшить радиус петли такой трубы невозможно: в месте чрезмерного сгиба труба может лопнуть или в петлях постоянно будет скапливаться воздух.

Оптимальным и даже идеальным шагом укладки отопительного трубопровода следует считать 200 мм. Монтаж осуществляется легко и качественно: труба при изгибе образует дугу длиной не более половины длины окружности с тем же радиусом. Это позволяет избегать изломов. Шаг 200 мм – оптимальный для равномерного прогрева "теплого пола".

При шаге 300 мм, который также встречается в рекомендациях для монтажников, добиться равномерного прогрева пола можно только при способе укладки отопительного контура методом чередования подающей трубы и обратной, что не всегда возможно применить в силу встречающихся конструкционных особенностей основания, на которое укладывается система. А также, поскольку нога человека чувствительна к перепаду температуры поверхности более 2°C, при шаге укладки более 300 мм добиться прогрева пола с перепадом температуры поверхности менее 2°C практически невозможно.

О массивности конструкции "теплого пола"

Необходимость тепло- и гидроизоляции

Система напольного отопления укладывается на предварительно теплоизолированное основание. Согласно российским нормам, толщина пенополиуретановой теплоизоляции для цокольного и подвального этажей должна составлять не менее 50 мм, для первого и последующих этажей – не менее 30 мм. Назначение этой теплоизоляции – не допустить потери тепла вниз более 10%.

В некоторых европейских странах приняты более жесткие нормы – потери тепла через перекрытия между этажами не должны составлять более 3%. Достигается это с помощью увеличения теплоизолирующего слоя в 2–2,5 раза.

Теплоизоляцию и монолитную конструкцию "теплого пола" разделяет слой гидроизоляции.

Макет, демонстрирующий принцип монтажа "теплого пола"

Схема 4. Конструкции отапливаемого пола по первому, второму и цокольному этажам

Толщина защитной стяжки

Мнение, что для "теплого пола" достаточно иметь стяжку толщиной 50 мм, следует считать неверным. Толщина конструкции напольного отопления никак не должна составлять менее 65 мм: из них примерно 16 мм – диаметр трубы, 40 мм и более – это устойчивая к физическим воздействиям защитная стяжка над трубой, остальное – слой цементного раствора под трубой.

Тонкий пол быстрее нагревается, и в результате может случиться перегрев, а это губительно сказывается на монолитной стяжке – она растрескивается.

В этом случае можно получить надежную конструкцию. "Теплый пол" станет массивным и более инерционным: он будет медленно нагреваться и медленно остывать. Это выгодно еще и потому, что у некоторых терморегулирующих автоматических клапанов время "открытия" и "закрытия" составляет около 120 с.

Предположим, в систему пошел теплоноситель чрезмерно высокой температуры – клапан медленно перекрывает его доступ.

Массивный пол не успеет перегреться (как и остыть при кратковременном снижении температуры теплоносителя). Массивная система сама сгладит температурные колебания.

Армирование

Еще одно обязательное условие, которое необходимо соблюсти при строительстве "теплого пола", – армирование стяжки независимо от плотности теплоизолирующего материала. Это защитит ее от возможного продавливания и растрескивания.

Армирование может осуществляться несколькими способами. Если монтаж напольного отопления производится на твердой основе (на перекрытиях между этажами), то натяжение возникает в нижней зоне стяжки, примыкающей к гидро- и теплоизоляции. В этом случае арматуру укладывают в нижнем слое стяжки, под отопительным контуром. Если же система напольного отопления монтируется на полу, под которым находятся подвижные грунты, то возможно натяжение верхней зоны стяжки. В этом случае армирование плиты "теплого пола" происходит в верхнем слое, над отопительным контуром.

Вообще, такие стяжки желательно армировать в нижнем и верхнем слоях одновременно.

В качестве специальных требований к арматуре применяется только одно – она не должна иметь царапающих трубу задиров, иначе в местах насечек труба может лопнуть даже если не прикладывать для этого весомых усилий. В остальном это обычная строительная арматурная сетка.

Схема 5. Укладка отопительных контуров цокольного этажа/

Укладка отопительного контура

В проспектах иностранных производителей комплектующих для систем напольного отопления часто показано, что крепление укладываемой на арматуру полимерной трубы отопительного контура происходит с помощью небольших проволочных отрезков. Монтажники ими прикручивают трубу к арматурной сетке. В российских условиях о таком способе фиксации трубы отечественным монтажникам даже не стоит рассказывать, не то что рекомендовать. Западные монтажники имеют инструкции о том, с каким зазором необходимо подвязывать трубу к арматурной сетке, чтобы при заливке пола бетонной смесью проволока обеспечивала трубе свободный ход. У наших монтажников таких инструкций нет.

Схема 6. Укладка отопительного контура ванной комнаты второго этажа

И, как свидетельствует большой практический опыт, наши монтажники закрутят крепеж до упора, вплотную. Пережимать трубу, конечно, не будут, но зазор не оставят. Так как значения тепловых расширений и линейных удлинений стали, монолитной цементно-бетонной плиты и полимерной трубы не совпадают, значит, все составные части напольной отопительной системы двигаются относительно друг друга. Через некоторое количество лет проволочные закрутки прорежут трубу отопительного контура.

Лучший вариант – осуществить крепление раскладки трубы отопительной системы на специализированных полимерных клипсах или пластиковыми хомутами.

Подготовил Роман МУРАШОВ