Происхождение системы «теплый пол» и ее связь с традиционными системами отопления

Системы «теплый пол» известны почти столько же, сколько существует отопление вообще. Одно из первых упоминаний касается теплых полов в древнеримских термах (банях), где нагретый воздух проходил по специальным каналам в каменном полу. Имелись теплые полы аналогичной конструкции и в турецких банях, причем там они являлись обязательным атрибутом. Таким образом, человечество уже более двух тысяч лет (а по другим данным, пяти) ценит тот замечательный комфорт, который несут системы типа «теплый пол». Однако до начала ХХ века теплоносителем являлся исключительно нагретый воздух, который под действием естественной тяги проходил по каналам в полу, постепенно отдавая свое тепло гранитным плитам. В начале ХХ века с появлением насосов появились теплые полы с использованием нагретой воды. И, наконец, с середины столетия с появлением относительно дешевой и доступной электроэнергии начали распространяться системы с использованием нагревательных кабелей. Особо широко они стали распространяться в последние 10–15 лет. Следует указать зоны наибольшего распространения «теплых полов». Сегодня это страны Северной Европы — Финляндия, Швеция, Норвегия, Дания, где значительная доля систем отопления зданий приходится на системы «Теплый пол». По различным источникам, эта доля составляет от 15 до 50%. Интересно, что весьма быстро распространяются эти системы в странах с достаточно теплым климатом — Испания, Франция, страны Латинской Америки, Ближнего и Среднего Востока. Это связано с тем, что отопительный период в этих широтах весьма короток, а наиболее низкие температуры часто не опускаются ниже +3 — +5°C. Поскольку капитальные затраты на устройство «теплых полов» весьма низки, и они не занимают много места, эти системы распространяются все шире и шире. Подмечено, что действует правило: какова доля в энергетике страны электричества, производимого возобновляемыми источниками (атомные и гидроэлектростанции), такова и доля электрического отопления. Россия, естественно, является исключением из правила. Еще 15 лет назад системы «теплый пол» как бытовой товар были совершенно неизвестны. Сегодня квартира не может считаться не только элитной, а даже средней, если в ней нет «теплого пола» в ванной или кухне, а то и во всех помещениях.

Основы теплофизики «теплых полов»

В основе действия «теплых полов» заложено несколько физических и физиологических явлений. Во-первых, по закону Ньютона количество отданной теплоты с поверхности, перегретой на температуру D t по отношению к окружающему воздуху, равно:

Q = a x S x Dt

Для горизонтального пола коэффициент теплоотдачи составляет 11–13 Вт/кв.м °C, в то время как для потолка он равен 8–9, а для стен 10–11 Вт/кв.м °C. Кроме этого, площадь пола в помещении составляет от единиц до десятков квадратных метров, в то время как площадь теплоотдающей поверхности других отопительных приборов (радиаторов, конвекторов и т.д.) в лучшем случае составляет величину, близкую к квадратному метру. Благодаря этому «теплые полы» работают при весьма малом температурном перепаде Dt, составляющем от нескольких градусов в помещении с установившимся тепловым режимом до десяти–пятнадцати градусов в режиме форсированного нагрева. В качестве элемента конструкции нагревательного прибора под названием «теплый пол» используется часть конструкции пола, что весьма эффективно с точки зрения экономии материалов, а самое главное — места в интерьере. «Теплые полы» в этом смысле напоминают знаменитого Чеширского кота — его самого нет, есть только его улыбка.

Следующий физический принцип работы «теплых полов» заключается в том, что наиболее теплый воздух оказывается внизу, а наиболее холодный — вверху. Распределение температур воздуха по высоте, свойственное системам «теплый пол», показано на правом рисунке. Здесь вступает в действие физиология. Дело в том, что единственная часть тела, постоянно отдающая тепло путем теплопередачи — это поверхность ступней, поэтому касание ступнями нагретой до физиологически комфортной температуры 25–28°C (большие температуры нежелательны по целому ряду причин) сразу же вызывает физиологическое ощущение комфорта, а относительно прохладный воздух на уровне головы — ощущение свежести. Практически никакой из распространенных сегодня тепловых приборов не создает уровня комфорта, сравнимого с системами «теплых полов».

Выбором того или иного нагревательного кабеля можно достичь весьма высоких температур пола (до 40–50°C и даже 90–100°C), однако СНиП запрещает нагревать поверхность пола выше 26°C.

К одному из достоинств, тесно связанных с физическим устройством «теплых полов», является простота и дешевизна терморегулирования, или, проще говоря, поддержания одной и той же температуры в помещении. Гибкость регулирования позволяет легко приспособить режим работы «полов» к режиму жизни хозяев, а не наоборот. Достаточно сказать, что сегодня «полы» слушаются не только поворота ручки прибора, но и приказов, отданных по телефону и Интернету.

Нагревательные кабели

Основой конструкции теплых полов, безусловно, является нагревательный кабель (НК). Внешне он напоминает радиочастотные кабели для передачи телевизионных сигналов, однако его назначение — не передавать электрические сигналы или мощность на расстояние, а преобразовывать протекающий по нему электрический ток в тепло. Обычно небольшая часть электроэнергии преобразовывается в тепло в любом кабеле или проводе, но она составляет весьма малую величину — 1–3%, причем принимается целый комплекс мер по ее снижению. Для нагревательных кабелей все наоборот — все 100% мощности должны быть преобразованы в тепло, причем выделение этой мощности на единице длины кабеля (удельное тепловыделение) — важнейший технический параметр нагревательных кабелей. В этом смысле нагревательный кабель — не кабель, а нагревательный элемент, выполненный по кабельной технологии.

У нагревательных кабелей для систем «теплый пол» различных производителей характерны удельные тепловыделения от 17 до 21 Вт/м, причем увеличение этого параметра нежелательно и вовсе не свидетельствует о каких-либо специальных достоинствах. Во-первых, при укладке кабеля в пол возможно образование воздушной полости вблизи поверхности, при этом возникает перегрев материала кабеля и увеличивается риск выхода его из строя. Во-вторых, при увеличении удельной мощности кабеля его длина, приходящаяся на определенную площадь, сокращается. При этом возможно такое увеличение расстояния между отдельными нитками, что станет заметной неравномерность нагрева. У всех производителей величина допустимого расстояния между соседними нитками может колебаться от 5–6 до 10–12 см. Уменьшение линейной мощности ниже указанных величин приводит к перерасходу кабеля и появлению риска недопустимого сближения соседних ниток кабеля.

Во время работы «теплого пола» кабель нагревается до 60–70°C, а материалы изоляции и оболочки выдерживают температуры выше 100°C. Это один из секретов высокой надежности «теплых полов».

В продажу практически никогда не поступает нагревательный кабель как таковой. Для быстрого и надежного производства работ потребитель получает так называемые нагревательные секции (НС) — отрезки кабеля фиксированной длины, соединенные специальными муфтами с так называемыми «холодными концами» — отрезками соединительных проводов, предназначенными для соединения нагревательного(«горячего») кабеля с электрической сетью. Длина «холодных концов» также фиксирована и составляет у всех производителей от 0,75 до 2 м. Обычно этого вполне достаточно для выведения проводов в распаечную коробку на стене. Следует отметить, что именно нагревательная секция — основа «теплых полов», а муфта (или муфты), соединяющие холодные провода с постоянно нагревающимся и остывающим нагревательным кабелем — самый критичный элемент конструкции «теплого пола». От ее надежности зависит срок службы всей системы, поэтому производители обычно испытывают НС несколько раз и в весьма жестких условиях. Ведь, в отличие от обычных кабелей полная замена НК в системе «теплый пол», как правило, невозможна без полного разрушения приповерхностной части конструкции пола.

Нагревательные кабели, выпущенные ведущими производителями из современных материалов, имеют сроки службы 25–50 лет. Сроки службы нагревательных секций приближаются к этим цифрам, и составляют не менее 15–20 лет. Следует отметить, что в информационных материалах фирм-дистрибъюторов часто указываются сроки гарантий от 12 до 16 лет, что заметно меньше реального срока службы. Эти цифры заведомо поражают воображение потребителя, поскольку несравнимо больше сроков гарантий, привычных для техники, — 12–24 месяца. На самом деле величина этих цифр отражает лишь то, что современная технология производства оборудования для «теплых полов» позволяет произвести не просто надежный, а сверхнадежный продукт. Реально разница в сроке гарантий не имеет под собой сколько-нибудь значимого смысла для потребителя. Скорее важно наличие сети фирм-дистрибъюторов, реально обеспечивающих выполнение работ по проверке системы в случае возникновения каких-либо неполадок.

 Сегодня наиболее распространены две конструкции резистивных нагревательных кабелей для «теплых полов» — одножильная экранированная и двухжильная экранированная. НС из одножильного кабеля содержит две муфты и два «холодных конца», в то время как НС из двухжильного кабеля на одном конце армируется концевой заглушкой, а на другом — муфтой и «холодным концом». Соответственно, различаются и схемы укладки. Как правило, схема укладки двухжильного кабеля проще, но сам кабель у всех производителей несколько дороже одножильного — ведь по всей длине греющей части вдоль нагревательной жилы уложена питающая жила, причем вся эта конструкция покрыта металлическим экраном (как правило, оплетка), и защитной оболочкой. Наличие защитного экрана обязательно по требованиям ПУЭ (Правила эксплуатации электроустановок), причем в своем сечении он должен быть эквивалентен 1,0 кв.мм медного проводника. Как правило, на поверхности кабеля присутствует маркировка, позволяющая безошибочно определить тип кабеля, напряжение питания, удельную мощность и дату выпуска.

Состав системы «теплый пол»

В состав системы «теплый пол» входят:
нагревательная секция;
аппаратура управления (термостат с датчиком температуры);
аксессуары для облегчения и ускорения монтажа (монтажная лента, гофрированная пластиковая трубка и т.д.);
теплоизоляция;
Типичная конструкция «теплого пола» представлена на рисунке


На выровненном и очищенном черновом полу укладываестя теплоизоляция, затем укрепляется монтажная лента, с помощью которой закрепляют нагревательную секцию. «Холодные концы» выводят на стену для соединения с термостатом. Определяют место установки термостата, и укладывают вблизи места установки термостата между двумя нитками нагревательного кабеля гофрированную трубку для установки датчика температуры. В этот момент не помешает составить небольшой эскиз укладки, на котором показать места укладки муфт и термодатчика. Если когда-либо система будет повреждена (например, при последующем ремонте помещения), этот эскиз сослужит хозяину хорошую службу. Секция проверяется на целостность обычным тестером. После этого выполняется заливка цементно-песчаной стяжки.

Толщина стяжки не может быть менее 3 см, прежде всего исходя из ее прочности и требований СНиП. Время полного затвердевания стяжки (опять же по требованию СНиП) не менее 28 суток. Лишь после этого может быть включена установленная система. Недопустимо ускорять затвердевание стяжки, включая «теплый пол». Перед включением (а еще лучше на 3–5 день после заливки) необходимо проверить целостность нагревательной секции тестером. В связи с тем, что внутри осталась некоторая влага, целесообразно при первом включении прогреть стяжку не менее суток. После этого система готова к эксплуатации.
При использовании специальных сухих смесей для теплых полов "Теплолюкс-Глимс" время затвердивания существенно ниже, эксплуатировать теплый пол можно гораздо раньше. 

При установке «теплых полов» в помещениях большой площади может возникнуть необходимость прохода нагревательной секции через деформационный шов. Схема прохода показана на рис.

1 - черновой пол (перекрытие) 2 - деформационный шов 3 - теплоизоляция 4 - нагревательная секция 5 - изогнутые стальные трубки, наполненные песком

Часто толщина стяжки может составлять 5–7 см, и при неравномерном затвердевании возможно появление трещин. Для исключения этого предлагается использовать специальные сухие смеси для теплых полов "Теплолюкс-Глимс".

Важно обратить внимание на выбор и устройство теплоизоляции. Использование теплоизоляции позволяет сэкономить до 30–40% эксплуатационных расходов, и безусловно необходимо в случае использования системы «теплый пол» как основной и единственной системы отопления. В этом случае наиболее целесообразно использовать пенополистирольные плиты из твердого ППС с маркой прочности не менее МЗО и толщиной 5–10 см (если позволяет структура пола). Поверх плит укладывается парогидроизоляция и устраивается «плавающая» стяжка. Использование такой теплоизоляции в теплоаккумулирующих системах также обязательно.

При устройстве «теплых полов» в существующих помещениях, как правило, невозможно уложить толстые слои теплоизоляции. В этом случае применяются фольгированные теплоизоляционные материалы толщинами 3, 4, 5, 8 и 10 мм. Их использование позволяет добиться экономии 12–20% электроэнергии. Необходимо использовать только материалы, дублированные поверх фольги лавсаном. В противном случае фольгированный слой после заливки стяжки разрушается в течение 3–5 недель вследствие наличия щелочной среды.

В качестве теплоизоляции для «теплых полов» используются также листы пробки и фольги. По эффективности они соответствуют фольгированным материалам, но заметно дороже (до 8–10 у.е. за кв.м.).

Как выбрать систему «теплый пол»?
При выборе системы необходимо дать ответ на несколько вопросов:
основная ли это система отопления или комфортный подогрев
каков характер и особенности помещения, где планируется установить «теплый пол»
имеется ли в достаточном количестве электрическая мощность
насколько «умный» термостат необходим
какой вид теплоизоляции можно уложить в помещении, исходя из толщины существующего пола, его покрытия и порогов дверей
какой вид нагревательного кабеля доступен по цене.

Рассмотрим прежде всего выбор мощности системы, поскольку остальные вопросы рассмотрены в соответствующих разделах. Каждая из систем в ассортименте любых фирм-производителей предназначена для установки на определенную площадь, например, 2–4 кв.м. Эти мощности выбраны из условия, что удельная мощность системы должна соответствовать теплопотерям в окружающее пространство из данного помещения, а длина секции позволяет произвести раскладку на этой площади с допустимыми шагами (от 8 до 15 см). Методика точного расчета теплопотерь изложена в СНиП II-3-79, однако для простоты следует рассчитывать для условий средней полосы России и усредненных условий строительства, исходя из значений 120–140 Вт/кв.м. Следует также учесть, что нагревательная секция, как правило, укладывается на некотором (10–20 см) расстоянии от стен на свободную от мебели площадь. Таким образом, при использовании теплого пола в качестве основной системы отопления необходимо определить площадь обогрева за вычетом необогреваемых зон. Допустим, площадь помещения составляет 14 м2, свободная площадь - 10 м2. Мощность системы при основном отоплении составляет 1,8 кВт, при комфортном подогреве пола - 1,2 кВт.
Приведенный расчет очень прост, но обычно надо учесть особенности помещения, к которым относятся:
первые и последние этажи зданий;
помещения с большим остеклением — зимние сады, эркеры, балконы;
помещения с недостаточно теплоизолирующими ограждающими конструкциями (тонкие стены, балконы и т.д.);
покрытие пола специальными материалами с большой толщиной или высокой теплоемкостью (толстые плиты
мрамора или гранита и т.п.)

Во всех этих случаях необходимо увеличивать мощность системы, а также проводить теплотехнический расчет. Особо следует остановиться на помещениях с деревянными полами или паркетом. В связи с низкой теплопроводностью дерева при стандартной удельной мощности «теплого пола» температура на поверхности такого пола будет заметно ниже желаемой. В то же время под деревянным покрытием в пространстве между лагами, вследствие плохой теплоотдачи температура на поверхности кабеля будет повышаться. Таким образом, мощность кабеля будет прежде всего расходоваться на нагрев дерева, что крайне нежелательно с точки зрения поддержания его влажности.

Некоторые фирмы предлагают для помещений с деревянными полами секции нагревательного кабеля с удельной мощностью 10 Вт/м. Безусловно, кабель не будет нагреваться слишком сильно, но и нагрев в таких системах практически незаметен. Об использовании «теплых полов» в качестве основной системы отопления в таких помещениях говорить не приходится. Во избежание недоразумений, а также с учетом повышенной пожароопасности мы не рекомендуем применять «теплые полы» в их классическом исполнении в помещениях с деревянными полами.

Выбор датчика температуры

Выпускается 2 типа бытовых датчиков температуры: пола и воздуха. В зависимости от того, по показаниям какого датчика наиболее эффективно работает система, выбирают тот или иной тип датчика. Если в помещении важна температура воздуха и система теплого пола работает как источник основного отопления, то необходим датчик воздуха. Если система обогрева служит для поддержания комфортной температуры пола - применяется датчик пола. При монтаже терморегулятора с датчиком температуры воздуха необходимо выбирать место установки, учитывая возможные воздушные потоки, сквозняки, которые могут повлиять на показания датчика и, соответственно, к ошибочному включению или выключению системы.


Выбор теплоизоляции

Для комфортного обогрева пола используется фольгированная теплоизоляция на основе вспененного полиэтилена толщиной 3 мм. Фольга ламинируется высокотемпературной ПВХ-пленкой, чтобы предовратить реакцию между фольгой и цементно-песчаной стяжкой, что приводит к разрушению фольгирующего слоя и соприкосновению теплоизоляции с нагревательным кабелем. В конечном итоге это может привести к перегреву кабеля и повреждению оболочки.
Для обустройства пола с системой, используемой в качестве основного отопления используется теплоизоляция толщиной от 50 мм, обладающая достаточной механической прочностью и высокими теплоизолирующими характеристиками. Между нагревательным кабелем и теплоизолирующим слоем заливается стяжка минимальной толщины.


Армирование стяжки

Для придания конструкции пола дополнительной жесткости и предотвращения образования трещин на теплоизоляцию укладывается металлическая сетка. Часто стяжка армируется в случае обустройства основного отопления посредством кабельной системы, а также при установке систем на балконах, в зимних садах, где применяется такая же конструкция пола, как и при основном обогреве.
Под нагревательные маты и секции Green Box, монтируемые без стяжки, теплоизоляцию не рекомендуется устанавливать для избежания растрескивания слоя клея небольшой толщины. Установленная удельная мощность и минимальное расстояние до поверхности позволяет использовать нагревательные маты и Green Box без установки теплоизоляции.


Гидроизоляция

При обустройстве пола с кабельными системами обогрева, необходимо учитывать, что нагревательный кабель не должен соприкасаться с гидроизолирующим материалом. Гидроизоляция изготавливается согласно СНиП.

Можно ли спать спокойно на «теплом полу»?

При устройстве системы должен быть выполнен ряд требований, после чего установленная система становится совершенно безопасной как с точки зрения пожаробезопасности, так и предотвращения поражения человека электрическим током.

Необходимо:

• использовать только экранированный нагревательный кабель, причем сечение экрана по меди должно быть эквивалентно 1.0 кв.мм;
• в квартире (доме) должно иметься заземление с сопротивлением растекания не более 4 Ом;
• на входном щитке (шкафу) должно быть установлено УЗО (устройство защитного отключения, рассчитанное на ток утечки не более 10 мА;
• разводка питания для «теплого пола» должна быть выполнена отдельно от осветительной сети;
• все работы по установке оборудования должен выполнять квалифицированный электрик.

Все эти требования являются стандартными требованиями ПУЭ для электрических установок зданий, и не содержат чего-либо, относящегося только к «теплым полам». Безусловно, применяемое оборудование должно быть сертифицировано.

Наша продукция проходит многократные (до 10 видов) испытаний в весьма жестких условиях, поэтому, как правило, возникшие неисправности связаны с неправильной установкой или механическим повреждением нагревательного кабеля или соединительных проводов в процессе эксплуатации.

Несколько лет назад в прессе обсуждался вопрос о том, насколько велики электрические и магнитные поля, возбуждаемые «теплыми полами» во время их работы. В системах с экранированным кабелем напряженность электрического поля составляет величины порядка единиц В/м и является абсолютно безопасной, т.е. она меньше предельно допустимой на 2 порядка. Напряженность магнитного поля составляет 2–3 мкТл для одножильных экранированных кабелей, и 0,2–0,5 мкТл для двухжильных кабелей, причем эти величины примерно одинаковы у всех ведущих фирм-производителей. Норма этого параметра составляет 100 мкТл, а естественный фон Земли в среднем соответствует примерно 50 мкТл. Таким образом, по обоим этим параметрам системы «теплый пол» являются абсолютно безопасными. Тем не менее, для помещений с постоянным или длительным пребыванием людей (детские, спальни и т.п.) рекомендуется использовать двухжильные нагревательные кабели.

При соблюдении всех указанных условий ответ на вопрос, вынесенный в заголовок раздела — безусловно, да.