Принцип действия напольного отопления

НАПОЛЬНОЕ ОТОПЛЕНИЕ

В случае устройства системы напольного отопления тепло передается от теплой поверхности (пола) на 50 % конвекционным способом и на 50 % путем изучения. Конвекция (движение) воздуха зависит от разницы между температурой нагреваемой поверхности и температурой в помещении. При поверхностном напольном отоплении движение – конвекция - воздуха в помещении гораздо меньше, поэтому поднимается меньше пыли - напольное отопление прекрасно подходит людям, страдающим астмой или аллергическими заболеваниями. Таким образом, напольное отопление – это, в первую очередь, здоровый способ обогрева помещений. На рис. 1 и 2 изображена конвекция воздуха в случае радиаторного и напольного отопления.

Определено, что вертикальное распределение тепла в случае напольного отопления близко к идеальному (рис. 3) - температура пола на несколько градусов выше температуры воздуха на уровне головы и понижается при подъеме вверх.

Одно из основных условий теплового комфорта - это рекомендуемая температура пола и разница между температурой в помещении и температурой пола. Оптимальная температура пола составляет 24°С, число неудовлетворенных ею людей должно быть менее 10 %, таким образом пределы температуры пола – 19- 29 °С. При более холодной или более горячей поверхности пола ощущается дискомфорт (рис. 4).

Легкое излучение тепла поверхностью  пола непосредственно действует на наше тело, что помогает избежать промежуточного этапа нагрева воздуха. Достигается оптимальный результат - такой же уровень комфорта в комнате при температуре ниже на 2°С, по сравнению с обычным конвекционным отоплением. Это полезно для здоровья человека: когда ноги в тепле, а голова в прохладе, каждый чувствует себя прекрасно.

Напольное отопление можно использовать и сочетать с другими системами  поверхностного отопления – настенным или потолочным отоплением. Современные решения в области конструкций и дизайна зданий отличаются разнообразием стекла и форм. Приспособить стандартные способы отопления к таким объектам становится все сложнее.

При помощи установленных в зданиях поверхностных трубопроводов можно не только обогревать помещения зимой, но и охлаждать их летом. Уже разрабатываются  решения, которые обеспечат различное комплексное поверхностное охлаждение и обогрев помещений – это так называемые решения обогрева при низких температурах и охлаждения при высоких.

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ НАПОЛЬНОГО ОТОПЛЕНИЯ

Основные рекомендации по планированию напольного отопления приведены на основании стандарта EN 1264-2,3.

Максимальные температуры поверхности пола по типам помещений 

Температуры поверхности пола ограничиваются в связи с гигиеническими нормами и напольными покрытиями. Выделяются три типа помещений, в которых максимально допустимые температуры поверхности пола составляют до 29, 33 и 3.5°С

Напольные покрытия - следует учитывать тот факт, что у разных покрытий бывает неодинаковый коэффициент теплопроводности. Термическое сопротивление напольного покрытия зависит от данного коэффициента и толщины самого покрытия, рекомендуется не превышать значение сопротивления напольного покрытия 0,15 м кв кВт. 

Термическое сопротивление основных напольных покрытий:

Для обеспечения равномерности температуры поверхности пола рекомендуется поддерживать в контуре разницу температур теплоносителя (поступающего/возвратного) в интервале 3 -1О °С. В зависимости от необходимого дебита теплоносителя в контуре, его расчет осуществляется в соответствии с потребностью в тепле, типом конструкции, напольным покрытием.

В зависимости от места расположения отопительных труб в полу, конструкции пола можно разделить на конструкции мокрого типа, когда трубы находятся в бетоне или других растворах (рис. 5), и сухого типа, когда трубы проложены в панелях, отдающих тепло (рис. 6).

рис. 5   рис. 6 

Распределение тепла в разных конструкциях происходит по-разному: в конструкциях мокрого типа циркулирующий по трубам теплоноситель нагревает бетон, а в конструкциях сухого типа тепло от труб передается металлическим панелям, распределяющим его.

Преимущества конструкций пола сухого типа, по сравнению с конструкциями на основе растворов:

• отсутствие мокрых процессов и их возможного влияния на напольное, особенно деревянное, покрытие;
• меньшая высота конструкции - актуально в случае реновании;
• меньший вес конструкции - для случаев легких перекрытий;
• более низкая тепловая инерция - важна для обеспечения более безопасного  регулирования температуры в помещении;
• быстрый монтаж пола - не нужно ждать, пока высохнут растворы, можно сразу укладывать напольное покрытие;
• перед укладкой покрытия не требуется процедура прогревания (высушивания) пола. 

В жилых зданиях находятся помещения с неодинаковой площадью, тепловыми потерями и напольными покрытиями, поэтому трубы распределяются при помощи регулируемых (балансируемых) коллекторов. Необходимы переключающиеся вентили для выпуска воздуха их отдельных контуров. Балансировка коллекторов с разной тепловой нагрузкой должна осуществляться при помощи балансировочных вентилей. 

Существует несколько способов укладки труб, их можно комбинировать. В основном применяются два способа – змеевиковая (меандровая) и спиральная (бифилярная) укладка. У каждого из них есть свои преимущества.

Укладка труб змеевиковым способом 

Змеевиковая укладка труб (рис. 8) рекомендуется, когда в витринных окон, компенсируют тепловые потери, возникающие вдоль наружных стен, что позволяет добиться более равномерной температуры воздуха в помещении. 







Укладка труб спиральным способом

Спиральная укладка (рис.9) рекомендуется при небольшом расстоянии между трубами - петли под углом менее 180°; если нам нужен только комфортный пол одинаковой температуры наряду с дополнительным отоплением или если устройство напольного отопления осуществляется посредством регуляторов обратного потока (обеспечивающих высокую температуру), труба подачи воды находится рядом с трубой возвратной воды.




В мокрой конструкции над трубами рекомендуется укладка слоя бетона толщиной 30-70 мм, оптимальная толщина слоя бетона составляет 45 мм. Слишком тонкий слой бетона (<30 мм над трубами) не подходит не только из-за жесткости бетона, но и в связи с тем, что в этом случае не будет обеспечено равномерное распределение тепла - даже на напольном покрытии с хорошей теплопроводностью (плитка) будут теплые / прохладные зоны, называемые зеброй. Слишком толстый слой бетона повысит тепловую инерцию и снизит мощность обогрева.

Компенсационные швы требуются в помещениях площадью >40 м2 , с одной из сторон длиной >8 м или с соотношением длины и площади более 2:1. Укладка труб должна осуществляться таким образом, что компенсационные швы пересекали их только один раз, а в месте пересечения трубы должны находиться в защитной трубе.

Расчетные потери тепла вниз не должны превышать 10% мощности системы напольного отопления, при этом расчет производится по мощности системы без учета напольного покрытия. В стандартах EN предусмотрены требования к сопротивлению изоляции пола, в зависимости от температуры окружающей среды в нижней части (таблица 1).

В связи с потерями тепла вниз требуется устройство теплоизоляции в соответствии с проектом (смотреть в рекомендациях но планированию). Толщина изоляции должна составлять как минимум 100 мм на грунте, >30 мм над отапливаемыми помещениями, >150 мм над открытыми пространствами - при наружной температуре. Если используются несколько изоляционных слоев, они накладываются друг на друга, а если только один, - через швы необходимо ложить пленку РЕ x 80 мм в обе стороны.

Рекомендуется использовать эластичные трубы типа РЕ-Х - они более устойчивы к механическим повреждениям и деформациям, их разрешается крепить на проволочной сетке, по ним можно ходить.

Диаметр трубы (d14, d16, d17, d20) подбирается с учетом размера помещений и их потребности в тепле - для небольших помещений, для реновации рекомендуются трубы меньшего диаметра, для помещений большей площади, для промышленных объектов используют трубы большего диаметра.

Крепление труб должно подходить для выбранной конструкции пола и соответствовать способам, рекомендуемым производителями труб, допуски должны соответствовать требованиям EN 1264 (они указаны в рекомендациях по монтажу).

Сопротивление теплового контура напольного отопления не должно превышать 25 кПа. Сопротивление в трубах зависит не только от их внутреннего диаметра, но и от дебита текущей по ним воды. Поэтому нельзя однозначно сказать, какая должна быть максимальная длина одного контура трубы соответствующего диаметра.

Расстояние между трубами (10- 30 см) подбирается в зависимости от напольного покрытия, потребности в тепле и температуре теплоносителя. При расчете можно применять довольно сложные формулы, проще использовать соответствующие таблицы или диаграммы с конструкциями пола и диаметрами труб, которые дают больше информации.

Максимальную необходимую температуру теплоносителя следует определять по покрытию и тепловым потерям самого плохого контура. Необходимо учитывать и возможные ограничения источника тепла, наличие теплового насоса, конденсационного газового котла. Рекомендуемая средняя температура поступающей воды составляет 40- 50°С При устройстве напольного отопления вместе с отопительной системой с более высокой температурой требуется насосный узел для обеспечения нужной температуры и узла.

Для учета побочных источников тепла и обеспечения нужной температуры в помещениях требуется система контроля температуры - комнатные термостаты, приводы на коллекторных клапанах, их коммутационные и управляющие контроллеры.